JPH0433381Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は火花点火機関において運転状態に応じ
て吸気スワールを制御するようにした装置に関す
る。

（従来の技術） 火花点火機関の燃焼を改善するために吸入混合
気にスワールを発生させることは従来から公知で
あるが、運転状態に応じてスワールの強弱を制御
するようにしたものとして、特開昭57−102516号
公報に開示されたものがある。

これを第８図、第９図ａ，ｂ，ｃに基づいて説
明すると、１はシリンダヘツド、２は吸気マニホ
ールド、３は排気マニホールドで、各気筒に対し
ては吸気弁４ａ，４ｂと、排気弁５ａ，５ｂがそ
れぞれ２個づつ備えられている。各吸気弁４ａ，
４ｂに対しては独立した吸気ポート６ａ，６ｂが
形成され、さらに吸気ポート６ａ，６ｂと吸気マ
ニホールド２を分岐吸気管７ａ，７ｂが連結して
いる。

分岐吸気管７ａ，７ｂの途中には吸入空気量を
制御するため、図示しないアクセルペダルに連動
するスライド式の絞弁８が設けられる。

絞弁８は分岐吸気管７ａ，７ｂと直交して延び
る弁ケース９の内部に弁板１０が摺動自由に収装
され、この弁板１０に気筒に対応して長円形の弁
口１１が形成され、この弁板１０がアクセルペダ
ルに連動してスライドするようになつている。

機関のアイドリング時など負荷の小さいとき
は、絞弁８の弁口１１が一方の分岐吸気管７ａの
一部のみと連通し、したがつて吸気マニホールド
２からの空気は、一方の分岐吸気管７ａを通り、
吸気弁４ａからシリンダ内に高速で流入し、強い
吸気スワールを生じる。

このとき、燃料は分岐吸気管７ａ，７ｂの隔壁
１２の部分に設けた燃料噴射弁１３から切欠を通
して両吸気管７ａと７ｂに噴射されるが、大部分
は一方の吸気管７ａから吸入空気流に乗つて吸気
弁４ａを経てシリンダ内に流入し、残りは他方の
吸気弁４ｂから流入する。

機関の負荷が増大するにしたがい絞弁８の弁板
１０のスライド量が増し、弁口１１と分岐吸気管
７ａの連通度が大きくなつて吸入空気量が増加す
るが、部分負荷域では一方の分岐吸気管７ａのみ
から空気が流入するため、依然として吸気スワー
ルは維持される。

機関の高負荷状態では、弁板１０が最大限まで
スライドして弁口１１が両分岐吸気管７ａ，７ｂ
と連通し、両方から空気が流入する。このため、
シリンダ内では両吸気ポートから流入する空気が
衝突するようになり、スワールを弱めて燃焼騒音
の原因となる過剰燃焼を抑制すると共に吸気充填
効率が向上して機関が高出力を発揮するようにな
る。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながらこの装置では、スライド式の絞弁
８が、吸入空気量を制御するスロツトルバルブ
と、シリンダ内のスワールを制御するスワールコ
ントロールバルブとを兼用するようになつている
ため、絞弁８の開度により吸気スワールが一義的
に決定されてしまい、機関の運転状態に応じて要
求される最適なスワール特性がマツチングさせる
ことが難しい。またスワールは機関の運転状態と
共に空燃比が変動した場合も要求強さが変化しす
るのであり、例えば目標とする空燃比よりも実際
の空燃比が希薄のときは、スワールを強くして燃
焼の安定性を確保する必要がある。

また機関の低負荷時など弁板１０の前後の負圧
差が大きいときは、弁板１０が押し付けられてス
ライドがスムーズに行なわれず、アクセルペダル
の作動に対して敏速な応答が得られないことか
ら、低負荷からの加速時など加速応答性が悪化
し、さらに弁板１０のシール性などの点から空気
の漏れが大きく、特に全体の吸気量に対するこの
漏れ量の割合が大きくなるアイドイリング時に
は、漏れ量の影響を受けてアイドリング回転が不
安定になるという問題があつた。

本考案はこのような実用上の問題を解決するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本考案は、第１図に示すように、吸気通
路Ｅにアクセルペダルに連動して吸入空気量を制
御する吸気絞弁Ｆを介装し、この吸気絞弁Ｆの下
流に吸気ポートＧに流入する空気流を制御するス
ワール制御弁Ｈを設け、かつこのスワール制御弁
Ｈの開度を増減する駆動装置Ｊを備える一方、ス
ワール制御弁の前後差圧を検出する手段Ｌと、機
関運転状態を検出する手段Ｐと、空燃比を検出す
る手段Ｑと、前記検出差圧を予め機関の運転状態
に応じて設定してある目標値と比較する手段Ｎ
と、この比較結果にもとづき検出差圧が目標値に
なるように前記スワール制御弁Ｈの開度を制御す
る手段Ｍと、前記検出空燃比を予め機関の運転状
態に応じて設定してある目標値と比較する手段Ｓ
と、この比較結果にもとづき実空燃比の目標値か
らの偏差に応じて前記差圧の目標値を補正する手
段Ｒとを備えるようにした。

（作用） したがつて本考案では、機関の吸入空気量は吸
気絞弁によつて正確に制御され、スワール制御弁
は、吸気絞弁とは独立して運転状態に応じて開度
を増減し、しかも実際のスワールの強さに比例し
て発生する差圧を検出してスワール制御弁の開度
をフイードバツク制御するので、機関に要求され
る吸気スワールを運転状態に応じて常に的確に生
起することができる。

また、本考案では機関運転状態に応じた空燃比
変動に対応するように、実際の空燃比の目標値か
らの偏差に応じてスワールの強さを補正するもの
としたので、空燃比領域が変化する過渡状態にお
いても的確なスワールが生起されて良好な燃焼状
態が維持される。

（実施例） 以下本考案の実施例を図面にもとずいて説明す
る。

第２図〜第４図に示すように、各シリンダには
吸気弁４と排気弁５が、互いにオフセツトされた
状態で配置され、吸気ポート６から流入する混合
気にシリンダ内でスワールを発生させるようにな
つている。燃焼室には吸排気弁４，５と干渉しな
い位置で、かつ相互に比較的離れた対称的な位置
に２つの点火栓１９が設置される。

吸気マニホールド２の上流には図示しないアク
セルペダルに連動して開閉する吸気絞弁１４が介
装され、機関の吸入空気量を制御する。

吸気ポート６にはポート軸線に沿つてポート内
を縦に２分割するように吸気ガイド１８が形成さ
れるが、この上流において吸気ポート６には単独
の分岐吸気管７が接続し、この接続部に位置して
スライド式のスワール制御弁２０が設けられる。

スワール制御弁２０は前記と同様に、弁ケース
１５に摺動自由な弁板１６が設けられ、この弁板
１６には各吸気ポート６に対応して弁口１７が形
成される。

弁板１６はその端部に連結したロツド２１を介
して駆動装置２２に連動し、機関の運転状態に応
じてスライドするようになつている。

駆動装置２２はハウジング２３の内部をダイヤ
フラム２４により、大気室２５と負圧室２６に画
成し、負圧室２６には負圧導入口２７を介して機
関の運転状態に応じて制御される後述の負圧調整
装置からの負圧が導入され、リターンスプリング
２８に抗してダイヤフラム２４を移動させる。

そしてダイヤフラム２４には前記ロツド２１が
連結してあり、ダイヤフラム２４の移動に伴い弁
板１６をスライドさせるようになつている。

例えば制御負圧が強められると、リターンスプ
リング２８に抗してダイヤフラム２４が最大限に
移動するため、これに連動する弁板１６の弁口１
７は第３図のように、吸気ポート６の一部とのみ
連通してスワールを強め、これに対して制御負圧
が弱められると、リターンスプリング２８のばね
力によりダイヤフラム２４が押し戻され、弁板１
６は次第に図中右方に移動して、弁口１７と吸気
ポート６の連通度合を増大させ、吸気ポート６を
全開するのである。

スワール制御弁２０の弁口１７は、機関の負荷
の小さい領域では吸気ポート１６に対してスワー
ルの発生しやすい位置、つまりシリンダの接線に
近い外周側から空気を流入させるように、機関吸
気ポート６と連通し、以後、負荷の増加に伴つて
開口面積を拡大するようになつている。

なお、燃料噴射弁１３は吸気ポート６の吸気ガ
イド１８で仕切つた一方（スワール側）にのみ燃
料を噴射するようになつているが、噴射燃料は部
分負荷域では吸気ポート６を流れる高速の空気流
と混合し、さらにシリンダ内でも混合が促進され
る。

次に上記したように駆動装置２２に導入する制
御負圧を運転状態に応じて制御するために、第５
図に示すように、マイクロコンピユータなどで構
成される制御装置３０が備えられる。

制御装置３０には運転状態を検出する手段とし
て、機関回転数を検出する回転数センサ３１、機
関の負荷を検出する吸入負圧センサ３２、機関冷
却水温を検出するするセンサ３３からの検出信号
が入力すると共に、機関に供給される混合気の空
燃比を検出する例えば傾斜型の酸素センサ３４、
前記スワール制御弁２０の前後差圧を検出する圧
力センサ３５からの信号が入力する。

制御装置３０はこれらに基づいて、機関の運転
状態に応じて予め設定してある目標とするスワー
ル制御弁２０の前後差圧が得られるように、前記
駆動装置２２に供給する制御負圧を調整する負圧
調整装置４０の作動を制御する。

スワール制御弁２０の前後差圧が大きいほど発
生するスワールは強まり、このスワールは機関の
回転数や負荷に応じて目標とする値が、例えば機
関の低速低負荷時に強く、高速高負荷時には弱く
なるように設定され、これが機関回転数と負荷を
パラメータとしてマツプ上に記憶されている。

またこのスワールの要求強度は混合気の空燃比
によつても変化し、実際の空燃比がその運転時の
目標空燃比とずれているときには、この空燃比偏
差に応じて、空燃比が希薄側にずれるほどスワー
ルを強めに補正して燃焼を安定させる。

前記負圧調整装置４０は制御装置３０からの信
号で電磁弁４１が作動し、負圧源からの負圧（吸
入負圧）を大気で希釈して制御負圧を強くしたり
弱めたり制御する。

制御装置３０での制御動作について第６図のフ
ローチヤートにしたがつて説明する。

まず、６０でスワール制御弁の前後差圧Ｐ１を
読み込み、６１でさらに機関回転数と負荷を読み
込む。この回転数と負荷に基づいて６２において
マツプから目標とする差圧値Ｐ２を算出する。

機関の低速低負荷域では強い吸気スワールを要
求され、中速中負荷域では要求スワールが弱ま
り、高速高負荷域では吸気充填効率を高めるよう
にスワール制御弁を全開させる必要があり、差圧
値Ｐ２はスワール制御弁の開度と流速により増減
し、差圧値が大きくなるほど発生するスワールは
強くなる。

６３で混合気の空燃比を読み込む。

６４では前記機関回転数と負荷から求めた混合
気の目標空燃比とこの検出した実際の空燃比の偏
差値に対応した修正係数Ｋを算出する。なお混合
気の空燃比は、第７図のようにして設定され、図
中Ａ領域は燃費改善のために希薄燃焼（例えば空
燃比Ａ／Ｆ＝22付近）する運転域、Ｂ領域は燃費
と出力性能の両方を満足させるため理論空燃比付
近での運転域、Ｃ領域は出力を重視した濃厚燃焼
（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝12〜13）する運転域を示
す。

６５において前記差圧値Ｐ２に修正係数Ｋをか
けて補正し、補正差圧値Ｐ３を算出する。修正係
数Ｋは空燃比が目標と一致したときはＫ＝１とな
るが、目標よりも薄いときはスワールを強めるよ
うにＫ＝１よりも大きな値、逆に濃いときはスワ
ールを弱めるようにＫ＝１よりも小さい値とす
る。

６６ではこの補正差圧値Ｐ３と検出差圧値Ｐ１
との差Ｐ１−Ｐ３＝ΔPを求め、６７においてこ
のΔPが許容範囲にあるか否か、つまり−P0＜
ΔP＜P0にあるかを判断する。

ΔPがP0よりも大きいときは、スワールが目標
よりも強すぎるので、６８によりスワール制御弁
の開度を大きくするように制御負圧を減少補正す
る。またΔPが−P0よりも小さいときはスワール
が目標よりも弱いので、６９によりスワール制御
弁の開度を小さくするように制御負圧を増加補正
する。

これに対してΔPが許容範囲にあるときはスワ
ール制御が適正に行なわれているとして、７０に
より制御負圧をそのままの値に保持する。

以上の結果、機関の低速低負荷域など希薄燃焼
条件のもとでは、燃焼改善に強い吸気スワールが
要求されるのであるが、このような運転状態で
は、駆動装置２２に強い制御負圧が導かれてダイ
ヤフラム２４が移動し、スワール制御弁２０の弁
板１６をスライドさせるため、吸気絞弁１４で流
量を制御された吸入空気は、吸気ポート６の直前
で吸気流が絞られ、流速を高めつつシリンダに対
して外周の接線方向から流れ込み、要求どおり強
い吸気スワールを生起する。

このため、機関のアイドリング時を含む低速低
負荷域などでも、点火栓１９の点火作用に伴い安
定した着火と燃焼を実現して燃費の改善をはかる
ことができ、また吸入空気量は吸気絞弁１４で正
確に制御されることから、アイドリング回転の安
定性も確保される。

なお、吸気ガイド１８はシリンダの外周方向に
向けて吸気流を整流するのに効果的で、効率良く
スワールを発生させる機能を有する。

機関の負荷が増加して要求スワール強度が減少
すると制御負圧が弱められ、駆動装置２２により
スワール制御弁２０の弁板１６が吸気ポート６と
の連通度合を拡大する。これに伴い吸気ポート６
からシリンダ中央部分に流入する成分が増えるた
めスワールが弱まり、さらに吸気ガイド１８の両
側から吸気が流入するようになると、シリンダの
中央部分に直接的に流入する成分が増加すると共
に、シリンダ円周方向に向かう成分が減少し、高
負荷域では吸気スワールがほとんど消失する。

したがつてスワールの必要のない高負荷域では
スワール制御弁２０が全開して吸気充填効率を高
め、機関最大出力を確保する。

ところで、本考案では上述したように空燃比の
検出値とその運転状態下での空燃比目標値との偏
差にもとづいて目標差圧つまりスワールの強さを
補正するようにしているが、これは次のような意
義がある。すなわち、空燃比は運転状態に応じて
希薄域と濃厚域の間で大きく変動し、またフイー
ドバツク制御の特性として実空燃比は目標値に対
して希薄側と濃厚側の間で振動しながら収束して
行く。したがつて、空燃比偏差を検出してスワー
ル強さを補正することにより、車両用内燃機関の
ように運転状態が急速に変動するものにおいても
的確なスワールを生起して良好な燃焼状態を確保
することが可能となるのである。

なお、この実施例ではスライド式のスワール制
御弁を備えたものを示しているが、バタフライ型
のスワール制御弁であつてもよいなどその形式、
構造には特に限定されず、また吸気ポートも単一
に限らず複数のポートを有するものにも適用でき
る。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、スワール制御弁
により制御される吸気スワールが、予め運転状態
に応じて設定された目標値と一致するように、ス
ワール制御弁の前後差圧を検出しながらスワール
制御弁の開度をフイードバツク制御するものとし
たので、スワール制御弁やその駆動装置等の製品
毎の精度の差異を補償して目標値通りに正確にス
ワールを発生させられるとともに、機関運転時の
空燃比を検出し、検出空燃比と予め運転状態に応
じて設定した空燃比目標値との偏差に基づいて目
標差圧を補正することにより前記スワール制御弁
の開度を修正するようにしたので、機関運転状態
及び要求空燃比が急速に変動しうる車両用機関等
においても常に最適なスワールが得られ、したが
つて低速低負荷域において安定した希薄燃焼を実
現して燃費と運転性の改善を図りつつ高負荷域で
の出力性能を向上するなど、機関性能を総合的に
改善できるという効果が得られる。

さらに本考案は、［差圧目標値］と［空燃比偏
差に対する補正量］の２つの値の合成値として
［新しい実際の差圧目標値］が求められるので、
補正量の大小の設定を変えることによつて目標値
のほうを強く反映させたり補正量のほうを強く反
映させたりして、実際の差圧目標値をエンジンや
車両のと特性に応じて柔軟に対応させることがで
きるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の概略構成図、第２図は本考案
の実施例を示す平面図、第３図は同じくスワール
制御弁の正面図、第４図は同じく駆動装置の部分
断面図、第５図は制御装置のブロツク図、第６図
は制御動作を示すフローチヤート、第７図は空燃
比の特性を機関回転数と負荷をパラメータとして
示す特性図、第８図は従来装置の平面図、第９図
ａ，ｂ，ｃは同じくスライド式絞弁の部分正面図
である。 １……シリンダヘツド、２……吸気マニホール
ド、３……排気マニホールド、４……吸気弁、５
……排気弁、６……吸気ポート、７……分岐吸気
管、１３……燃焼噴射弁、１４……吸気絞弁、１
５……弁ケース、１６……弁板、１７……弁口、
１８……吸気ガイド、１９……点火栓、２０……
スワール制御弁、２２……駆動装置、２４……ダ
イヤフラム、３０……制御装置、３１……回転数
センサ、３２……負荷センサ、３４……酸素セン
サ、３５……圧力センサ、４０……負圧調整装
置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気通路にアクセルペダルに連動して吸入空気
   量を制御する吸気絞弁を介装し、この吸気絞弁の
   下流に吸気ポートに流入する空気流を制御するス
   ワール制御弁を設け、かつこのスワール制御弁の
   開度を増減する駆動装置を備える一方、スワール
   制御弁の前後差圧を検出する手段と、機関運転状
   態を検出する手段と、空燃比を検出する手段と、
   前記検出差圧を予め機関の運転状態に応じて設定
   してある目標値と比較する手段と、この比較結果
   にもとづき検出差圧が目標値になるように前記ス
   ワール制御弁の開度を制御する手段と、前記検出
   空燃比を予め機関の運転状態に応じて設定してあ
   る目標値と比較する手段と、この比較結果にもと
   づき実空燃比の目標値からの偏差に応じて前記差
   圧の目標値を補正する手段とを備えたことを特徴
   とする火花点火機関の吸気制御装置。