JPH0579359A - 独立スロツトルバルブ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 独立スロットルバルブを備えた多気筒内燃機
関において、気筒毎の吸気量のばらつき防止と、高いレ
スポンスの維持を両立させる。 【構成】 独立スロットルバルブ１１と、その上流側の
共通の吸気通路１９に設けられた第２スロットルバルブ
１８とを備えている多気筒内燃機関において、機関の低
負荷時には、独立スロットルバルブの開度をそれが実質
的に吸気量を絞ることがない程度の開度に設定すると共
に、第２スロットルバルブ１８の開度を独立スロットル
バルブ１１の開度を上回らない範囲で制御することによ
り、独立スロットルバルブ１１による圧力差を減少させ
て各気筒の吸気量のばらつきを防止し、中、高負荷時に
は、第２スロットルバルブ１８を大きく開き、独立スロ
ットルバルブ１１の開度によって各気筒への吸気量を制
御可能とすることによって、レスポンスを高く保つよう
にした独立スロットルバルブの制御方法

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各気筒毎にそれらの吸
気通路にスロットルバルブが設けられた、所謂「独立ス
ロットルバルブ」を有する多気筒内燃機関に係るもの
で、更に詳しく言えば、そのような内燃機関における前
記独立スロットルバルブの制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多気筒内燃機関の各気筒毎にスロットル
バルブが設けられている所謂独立スロットルバルブを備
えた内燃機関は、一般にレスポンス（応答性）が高く、
高出力を発生させるのに適しているが、その反面、アイ
ドリングを含む低負荷域の運転状態において、独立スロ
ットルバルブが全閉に近くなると、各気筒毎のスロット
ルバルブによって構成される独立スロットルバルブの微
小な開口面積の差に起因して、気筒毎に吸気量のばらつ
きを生じることがあり、それによってアイドル不安定や
不整回転による機関振動を起こすことがあるので、従来
は図３に示すように各気筒の吸気通路にまたがるバラン
スチューブを設けることによって、アイドル時の各気筒
への吸気量をバランスさせている。

【０００３】図３に第１の従来技術による４気筒内燃機
関の吸気装置を示す。１、２、３、４は図示されていな
い多気筒内燃機関の各気筒に通じる吸気通路であって、
共通のサージタンク５から分流する吸気を各気筒の燃焼
室へ矢印の方向に送るようになっている。各吸気通路１
〜４にはそれぞれスロットルバルブ６、７、８、９が設
けられると共に、それらは共通のスロットルシャフト１
０に取り付けられ、図示されない手段によって同時に開
閉作動されるようになっている。１２はこのような構造
の独立スロットルバルブ１１の開度を検出するために設
けられたスロットルセンサである。

【０００４】この独立スロットルバルブ１１の前述のよ
うな問題に対処して、図３の例では各吸気通路１〜４の
スロットルバルブ下流側部分に対して小孔１３によって
連通するバランスチューブ１４が、それらを橋絡するよ
うに設けられ、更に、アイドル時の吸気量を制御するア
イドル・スピード・コントロール・バルブ（以下これを
ＩＳＣバルブと略称する。）１５を有するバイパス通路
１６が、独立スロットルバルブ１１と並行に、サージタ
ンク５の上流側と吸気通路１〜４の下流側に設けられた
前述のバランスチューブ１４とを結んで、アイドル時の
吸気を供給するようになっている。

【０００５】図３に示した従来技術を更に改良した第２
の従来技術が実開昭６１−１０３５２３号公報に記載さ
れている。この例では、独立スロットルバルブの共通の
スロットルシャフトを中空として、これをやはり中空の
固定シャフトに嵌合させて、中空のスロットルシャフト
自体にバランスチューブの働きを兼ねさせると共に、重
なっているスロットルシャフトと固定シャフトにそれぞ
れ設けられた孔の重なる部分の面積が、独立スロットル
バルブの開度に関連して変化することを利用して一種の
応動弁を構成することにより、独立スロットルバルブの
開度が所定値以下の低負荷時だけその弁が開いて、独立
スロットルバルブ下流側の各気筒への吸気通路が、中空
のスロットルシャフトからなるバランスチューブを介し
て相互に連通し、各気筒への吸気量がバランスするよう
になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した独立スロ
ットルバルブ１１を備えた内燃機関は、バランスチュー
ブ１４を設けているのでアイドル時等においても比較的
に各気筒への吸気の分配が均等に行われ、ばらつきによ
る低負荷時の不整回転は傾向としては起こり難くなる
が、バランスチューブ１４の通路径を大きくすると、レ
スポンスの良さが減殺されて、独立スロットルバルブ１
１を設けた意味がなくなるし、反対にバランスチューブ
１４の通路径を小さくすると、こんどはバランスをとる
作用が弱められて低負荷時の回転が不安定になるので、
高いレスポンスを維持しながら、十分に各気筒間のバラ
ンスをとることが難しいという問題がある。

【０００７】実開昭６１−１０３５２３号公報に記載さ
れた第２の従来技術においては、スロットルシャフトを
バランスチューブとして使用しており、吸気通路の外に
バランスチューブを設ける必要がないという構造や製造
上の利点はあるが、図３に示した第１の従来技術と同様
な問題は残っており、バランスチューブの通路径がスロ
ットルシャフトの径によって制約を受けるので、それを
あまり大きくすることができないために、アイドル時等
に各気筒に分配される吸気量のバランスをとる作用が不
十分になる場合があり、未だ十分な対策にはなり得なか
った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による独立スロッ
トルバルブの制御方法は、各気筒の吸気通路毎に設けら
れた独立スロットルバルブと、前記独立スロットルバル
ブの上流側の共通の吸気通路に設けられた第２スロット
ルバルブとを備えている多気筒内燃機関において、前記
機関の低負荷時には、前記独立スロットルバルブの開度
をそれが実質的に前記各気筒への吸気量を絞ることがな
い程度の開度に設定すると共に、前記第２スロットルバ
ルブの開度を前記独立スロットルバルブの開度を上回ら
ない範囲で制御することにより、主として前記第２スロ
ットルバルブの開度によって前記各気筒への吸気量を制
御可能となし、また、前記機関の中、高負荷時には、前
記第２スロットルバルブの開度をそれが実質的に前記各
気筒への吸気量を絞ることがない程度の開度に設定する
と共に、前記独立スロットルバルブの開度を前記第２ス
ロットルバルブの開度を上回らない範囲で制御すること
により、主として前記独立スロットルバルブの開度によ
って前記各気筒への吸気量を制御可能となしたことを特
徴とする。

【０００９】

【作用】機関の低負荷時には、独立スロットルバルブが
実質的に機関の各気筒への吸気量を絞ることがない程度
に開かれると共に、第２スロットルバルブの開度を独立
スロットルバルブの開度を上回らない範囲で制御するの
で、吸気量の制御は主として第２スロットルバルブの開
度によって行われることになり、第２スロットルバルブ
によって生じる圧力差の分だけ独立スロットルバルブに
おける圧力差が減少する。したがって、独立スロットル
バルブの各気筒に対応する構成スロットルバルブの各開
口面積の間に多少の差があっても、それによって各気筒
への吸気量に大きなばらつきを生じることがないので、
機関は安定に運転される。

【００１０】また、機関の中、高負荷時には、第２スロ
ットルバルブが実質的に機関の各気筒への吸気量を絞る
ことがない程度に開かれると共に、独立スロットルバル
ブの開度を第２スロットルバルブの開度を上回らない範
囲で制御するので、吸気量の制御は主として独立スロッ
トルバルブの開度によって行われることになり、独立ス
ロットルバルブを備えた内燃機関の特色を十分に発揮し
て、レスポンスの高い大きな出力が得られる。

【００１１】

【実施例】本発明の制御方法を実施する４気筒内燃機関
の吸気装置の第１実施例を図１に示す。図３に示した前
述の従来技術による吸気装置と実質的に同じ部分につい
ては同じ参照番号を付している。即ち、１、２、３、４
は各気筒毎の吸気通路、５はサージタンク、６、７、
８、９は各気筒毎に設けられたスロットルバルブ、１１
はそれらのスロットルバルブを総称する独立スロットル
バルブ、１３は小孔、１４はバランスチューブ、１５は
ＩＳＣバルブ、１６はバイパス通路を示しており、この
例では、吸気通路１、２、３、４はスロットルバルブ
６、７、８、９及びバランスチューブ１４の小孔１３の
下流側で分岐して、各気筒毎に２個ずつ設けられている
インテークバルブ１７に接続されている。

【００１２】本発明の方法を実施する多気筒内燃機関に
おける吸気装置の構造上の特徴として、図１の吸気装置
ではサージタンク５の上流側の吸気通路１９に第２スロ
ットルバルブ１８を設けている。そして、バイパス通路
１６の入口２０は、第２スロットルバルブ１８よりも更
に上流側の吸気通路１９の壁面に開口させている。

【００１３】そして本発明の方法は、この第２スロット
ルバルブ１８と独立スロットルバルブ１１とを関連させ
た開閉制御にも特徴がある。その実施例を図表として図
２に示す。これら２つのバルブの関連制御は、自動車の
場合は運転者が操作するアクセルペダルとそれらのバル
ブ１１、及び１８との間に機械的なリンク機構或いはカ
ム機構等を介在させることによって可能であるし、ま
た、それらのバルブの一方又は双方を、アクセルペダル
の踏み込み位置に応答して所定のモードで開閉作動させ
る電磁気的、或いは流体圧的なアクチュエータを使用す
ることによっても可能である。そのような場合には、常
套手段となっているマイクロプロセッサによる制御装置
を付加し得ることは言うまでもない。

【００１４】図２は、横軸にアクセルペダルの踏み込み
量（ストローク）を、縦軸に独立スロットルバルブ１１
及び第２スロットルバルブ１８の開度をとって、これら
２つのスロットルバルブの開閉の関係についての設定例
を示したものである。横軸の中でも原点であるアクセル
ペダルを踏んでいないアイドル時、及びアクセルペダル
を僅かに踏み込んだ状態の低空気量域（オフアイドル
域、或いは低負荷領域）を合わせた「アイドル及びオフ
アイドル域」は、図２においてＡの領域として示されて
おり、この範囲では、実線によって示す独立スロットル
バルブ１１の開度が、小さいながらも一定の開度ａを維
持しているのに対し、破線によって示す第２スロットル
バルブ１８の開度は、アクセルペダルが踏みこまれるに
したがって、アイドル時の微小開度ｂ（第２スロットル
バルブ１８の洩れ量、及びバイパス通路１６とバランス
チューブ１４を通じて直接吸入されるアイドル用の吸気
量によっては、第２スロットルバルブ１８が実質的に全
閉状態でも、微小開度ｂとすることがある。）から漸次
直線的に増加している。

【００１５】そして図２の例では、第２スロットルバル
ブ１８の開度が増加して独立スロットルバルブ１１の開
度と実質的に同程度に達する点ｃの状態（アイドル状態
からそれまでの範囲を前記領域Ａと定義する。）から先
の領域Ｂ（中ないし高負荷領域）では、アクセルペダル
の踏み込み量が増加するにしたがって第２スロットルバ
ルブ１８の開度が急激に増加して点ｄにおいて全開に達
するように設定されている。それと反対に独立スロット
ルバルブ１１の方は、アクセルペダルの踏み込み量に応
じて徐々に開度が増加して点ｅにおいて全開に達するよ
うに設定されており、中、高負荷の領域では、主として
独立スロットルバルブ１１によって吸気量が決定される
ようになっている。

【００１６】即ち、２つのスロットルバルブ１１及び１
８について相互に関連した開度特性の設定を行うと、領
域Ａではその時に開度の小さい第２スロットルバルブ１
８が支配的になり、反対に領域Ｂではその時に開度の小
さい独立スロットルバルブ１１が支配的となる。したが
って、機関全体の総合的な吸気量は、領域Ａ，Ｂ毎にそ
れぞれ支配的なスロットルバルブの開度を連ねた図２上
の線ｂ−ｃ−ｅに沿って変化するようになり、吸気量は
アクセルペダルの踏み込み量に応じて略直線的に変化し
て、点ｃにおいてもトルクショックを生じることはな
い。

【００１７】このように、図２のＡの領域である「アイ
ドル及びオフアイドル域」においては、独立スロットル
バルブ１１の開口面積を第２スロットルバルブ１８の開
口面積よりも大きくするので、その領域で支配的な第２
スロットルバルブ１８の開口面積が機関全体の吸気量を
決定することになるが、第２スロットルバルブ１８はサ
ージタンク５の上流側に設けられているから、Ａの領域
ではサージタンク５内の負圧が比較的大きくなり、それ
に伴って第２スロットルバルブ１８の前後差圧が大きく
なるため、それと直列に設けられた独立スロットルバル
ブ１１の前後の差圧は小さくなる。その結果、独立スロ
ットルバルブ１１を構成する各気筒ごとのスロットルバ
ルブ６〜９の間に開口面積の微小な差があったとして
も、気筒間の吸気量に大きなばらつきが生じることがな
くなる。したがって、独立スロットルバルブを備えた機
関でありながら、バランスチューブ１４の通路径を大き
くしなくても、アイドリングや低負荷における運転状態
が安定なものとなる。

【００１８】また、図２におけるＢの範囲である中、高
負荷領域では、第２スロットルバルブ１８の開口面積が
独立スロットルバルブ１１の開口面積よりも大きくなる
ように設定されているので、この領域では第２スロット
ルバルブ１８の影響が小さくなり、サージタンク５内の
圧力は、通常の場合と同様に大気圧に近い状態になっ
て、その領域で支配的な独立スロットルバルブ１１の開
口面積が機関全体の吸気量を決定することになる。微小
開度において各気筒毎のスロットルバルブ６〜９の間に
若干の開口面積の差がある場合でも、開口面積が大きく
なるＢの領域では開口面積の大きさに比してそれらの差
が殆ど問題にならない程度になるため、それによって各
気筒毎に吸気量のばらつきを生じることがない。したが
って、バランスチューブ１４の通路径を大きくする必要
もなく、低負荷時のバランスに悪影響を与えることな
く、独立スロットルバルブ１１を設けた内燃機関特有の
レスポンスの良さが十分に発揮され、高い出力を発生さ
せることができる。

【００１９】次に、本発明方法を実施する内燃機関に設
けられる独立スロットルバルブ１１と第２スロットルバ
ルブ１８を利用すれば、燃料タンクから発生する蒸発燃
料を吸着しているチャコールキャニスタから蒸発燃料を
好都合にパージすることもできるので、そのためのパー
ジ配管を備えた４気筒内燃機関の吸気装置の第２実施例
を図４に示す。図１及び図３と実質的に同じ部分につい
ては同じ参照数字を付して説明を省略する。

【００２０】自動車用の内燃機関等においては、燃料タ
ンクその他から発生した蒸発燃料をチャコールキャニス
タに一時的に吸着させておき、機関が中、高負荷運転状
態になった時にキャニスタを介して空気を吸気通路へ吸
引することにより、キャニスタに吸着された蒸発燃料を
脱離させる所謂「パージ」を行い、キャニスタ内部の活
性炭粒のような吸着剤の能力を再生させるようになって
いる。もし内燃機関のアイドル時のように吸気量の少な
い低負荷時にもチャコールキャニスタのパージを行うと
すれば、アイドル時にはスロットルバルブが全閉になる
ため、その上流側には負圧がないので、パージポートは
スロットルバルブの下流側に設けなければならないが、
下流側はスロットルバルブが全閉となるアイドル時には
相当高い負圧となるため、そのままでは多量の蒸発燃料
がパージされることになり、吸気量に対してパージされ
る蒸発燃料の量が多すぎることから、空燃比が過濃とな
って運転状態が不安定になったり、エミッションが悪化
したりする恐れがある。したがって、一般に「アイドル
及びオフアイドル域」のような低負荷時には、キャニス
タのパージを停止するのが普通である。

【００２１】しかしながら、キャニスタを小型化する必
要性からその容量が小さくなる傾向にあることや、運転
状態によってはアイドル時等でも燃料タンクからの蒸発
燃料が多くなる場合もあり、蒸発燃料がキャニスタの吸
着容量を越えると大気中に放出される恐れがあるので、
中、高負荷時には勿論、低負荷時にもパージを行うのが
望ましい。そこで従来は、キャニスタと吸気通路を結ぶ
パージ配管の途中にバキューム・スイッチング・バルブ
（略してＶＳＶ）を設けて、低負荷運転時でも比較的問
題の少ない時期にこれを開弁させ、キャニスタに吸着さ
れた蒸発燃料を機関の吸気負圧によって吸引させて、ス
ロットルバルブの下流側へパージしている。この方法で
は低負荷運転の中でパージを行い得る時期が限られるの
と、ＶＳＶのような制御弁を設ける必要があり、望まし
い解決策とは言い難い。

【００２２】図４に示したように、独立スロットルバル
ブ１１と第２スロットルバルブ１８を備え本発明の方法
を実施する内燃機関においても、従来の機関と同様にチ
ャコールキャニスタ２１の配管２２が燃料タンクに接続
されて蒸発燃料を受け入れ、内部の活性炭粒等に吸着さ
せる。吸着された蒸発燃料を適時にパージするために１
本のパージ配管２３がサージタンク５に接続されると共
に、もう１本のパージ配管２４は分岐して、独立スロッ
トルバルブ１１を構成する各気筒のスロットルバルブ６
〜９の閉弁位置付近における、吸気通路１〜４の壁面に
開口している。なお、図４における２５はキャニスタ２
１の大気口を示す。

【００２３】図４の例においては、例えば図２に示した
ようなモードによって独立スロットルバルブ１１と第２
スロットルバルブ１８を開弁させるので、普通の機関に
おいては大気圧に近いサージタンク５の圧力が、「アイ
ドル及びオフアイドル域」において独立スロットルバル
ブ１１が開度ａだけ開弁する一方、第２スロットルバル
ブ１８がそれよりも絞られる結果、サージタンク５の圧
力が弱い負圧に傾き、その程度が第２スロットルバルブ
１８の開度によって調整されることになる。

【００２４】そのため、この時期にはチャコールキャニ
スタ２１の大気口２５から入った空気がキャニスタ２１
内を貫流し、吸着剤から蒸発燃料を脱離させて希薄な混
合気となり、パージ配管２３を通じてサージタンク５へ
弱い負圧によって少量づつ吸引されることになり、それ
がサージタンク５内の多量の空気中に均一に拡散し、吸
気通路１〜４へ均等に分岐して各気筒のインテークバル
ブ１７から燃焼室に吸いこまれて処理される。この場
合、サージタンク５の負圧が比較的小さなものであるた
め、アイドル時等に多量の蒸発燃料が一時にパージされ
ことがなく、その蒸発燃料によって空燃比に大きな変化
を与える恐れがない。

【００２５】そして、第２スロットルバルブ１８が大き
く開弁する中、高負荷時には、サージタンク５内が略大
気圧になって、パージ配管２３を通じる蒸発燃料のパー
ジは殆ど停止するが、スロットルバルブ６〜９が比較的
大きく開弁することによってパージポート２６〜２９付
近の吸気の流速が大きくなるため、キャニスタ２１から
パージされる蒸発燃料は、パージ配管２４からパージポ
ート２６〜２９を通じてスロットルバルブ６〜９の下流
側の吸気通路へ吸引され、大量の蒸発燃料のパージが行
われる。このように本発明の方法を利用すれば、「アイ
ドル及びオフアイドル域」における蒸発燃料のパージ
を、運転状態に悪影響を及ぼすことなく行うことが可能
であって、ＶＳＶ等の制御弁を設ける必要もない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、各気筒毎に独立スロッ
トルバルブを設けた内燃機関の長所である高いレスポン
スと高出力をそのまま維持しながら、それと相いれない
各気筒間のバランスを十分にとることもでき、低負荷時
の回転が不安定になることもないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する内燃機関の吸気装置の第１実
施例を示す概念図である。

【図２】本発明の特徴であるバルブの開度特性の設定例
を示す線図である。

【図３】従来の内燃機関の吸気装置の例を示す概念図で
ある。

【図４】本発明を実施する内燃機関の吸気装置の第２実
施例を示す概念図である。

【符号の説明】

１，２，３，４…各気筒の吸気通路 ５…サージタンク ６，７，８，９…独立スロットルバルブを構成する各気
筒のスロットルバルブ １１…独立スロットルバルブ １４…バランスチューブ １６…バイパス通路 １８…第２スロットルバルブ ２１…チャコールキャニスタ ２３，２４…パージ配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各気筒の吸気通路毎に設けられた独立ス
   ロットルバルブと、前記独立スロットルバルブの上流側
   の共通の吸気通路に設けられた第２スロットルバルブと
   を備えている多気筒内燃機関において、前記機関の低負
   荷時には、前記独立スロットルバルブの開度をそれが実
   質的に前記各気筒への吸気量を絞ることがない程度の開
   度に設定すると共に、前記第２スロットルバルブの開度
   を前記独立スロットルバルブの開度を上回らない範囲で
   制御することにより、主として前記第２スロットルバル
   ブの開度によって前記各気筒への吸気量を制御可能とな
   し、また、前記機関の中、高負荷時には、前記第２スロ
   ットルバルブの開度をそれが実質的に前記各気筒への吸
   気量を絞ることがない程度の開度に設定すると共に、前
   記独立スロットルバルブの開度を前記第２スロットルバ
   ルブの開度を上回らない範囲で制御することにより、主
   として前記独立スロットルバルブの開度によって前記各
   気筒への吸気量を制御可能となしたことを特徴とする独
   立スロットルバルブ制御方法