JPH0723541Y2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の吸気制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、乗用車等に搭載される内燃機関においては、近
年低公害、低燃費に加えて高出力という相反する条件を
満たすことが要求されるようになってきた。

一般に、この種の内燃機関において、空気の燃焼室への
吸入効率を向上させることは出力を増加させるうえでき
わめて重要である。例えば、最高出力を増加させようと
する場合、吸気通路の断面積を大きくすることによって
機関の等価吸気管長を小さくし、機関の高回転速度域に
マッチした吸気系に与えることで、機関の高回転速度域
において吸気慣性効果を利用し、吸入効率を向上させる
ようにしている。

ところで、このように吸気通路の断面積を大きくする
と、機関の他の回転速度域において吸入される空気の流
速が低下するため、大きなトルクが得られなくなる。斯
かる問題に対し、例えば特開昭61-255214号等では、燃
焼室に二つの吸気通路を連通させ、一方の吸気通路を開
閉する吸気制御弁を設け、機関の高回転時にはこの制御
弁を開いて両方の吸気通路から吸入すると共に、それ以
外の時は制御弁を閉じて一方の吸気通路のみから吸入す
ることにより吸気系の固有振動数を低回転域にマッチさ
せ、吸気慣性効果を利用できるようにした吸気制御装置
が提案されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

上述した吸気制御装置においては吸気通路内に設けられ
て等価吸気管長を変えるべく通路断面積を可変とする吸
気制御弁を備えており、この制御弁は例えば吸気マニホ
ールド内負圧等の空気圧によって作動するダイアフラム
式アクチュエータに接続されこのアクチュエータの負圧
室と吸気マニホールドとの間には機関回転数に応じてア
クチュエータ負圧室にマニホールド内負圧を導くよう
に、制御コンピュータによって開閉制御される圧力切換
え弁が介装されている。ところでこの上記吸気制御弁
は、開弁しようとする際、コンピュータより圧力切換え
弁に開弁信号、即ちオン信号が発せられてから実際に吸
気制御弁が全開となるまでには一定のタイムラグΔｔが
あり、従って従来装置において吸入効率を向上して出力
を増加し始めようとする目標回転数NE_AIよりも若干手前
の回転数NE_ONにおいて圧力切換え弁に開弁信号を出力す
るようにしている。しかしながらこの回転数NE_ONは従来
装置においては唯一つ設定されるのみであったため、第
８図に示すように機関回転上昇が早い車両走行状態、例
えば第１ギヤ（ローギヤ）の時と、回転上昇が遅い状
態、例えば第４又は第５ギヤ（トップギヤ）の時とでは
単位時間当たりの回転上昇度合（以下、回転上昇速度と
呼ぶ）が異なるため両立ができず、図示するように仮り
に第４又は第５ギヤでの回転上昇速度に適合された吸気
制御弁を用いると、第１ギヤで加速した場合、吸気制御
弁が閉弁から全開となるまでに前記目標回転数NE_AIを超
すことになり、理想とする吸気効率向上開始点（即ちNE
_AI）より遅れて全開となり全開まで吸気制御弁が抵抗と
なり、出力が一瞬低下し、ドライバビリティが悪化する
という問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本考案によれば、第１図に示す
ように、 機関の等価吸気管長を可変にする吸気制御弁と、前記吸
気制御弁を駆動するための駆動手段と、機関の回転数を
検出する機関回転数センサと、前記機関回転数センサに
よって実測される今回の実測機関回転数上昇速度を前回
の実測機関回転上昇速度を使用してなますことによって
今後の機関回転数上昇速度を推定する機関回転上昇速度
推定手段と、推定された今後の機関回転数上昇速度が高
いほど前記吸気制御弁の開弁信号を前記駆動手段へ発信
する際の機関回転数を低回転側に可変設定する吸気制御
弁作動回転数可変設定手段と、前記機関回転数センサで
検出された機関回転数が前記吸気制御弁作動回転数可変
設定手段によって設定された回転数に達した際、前記駆
動手段に前記開弁信号を出力する弁開閉手段、とを備え
たことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置が提供され
る。

〔作用〕

前述の内燃機関の吸気制御装置は、機関回転上昇速度推
定手段が機関回転数センサによって実測される今回の実
測機関回転数上昇速度を前回の実測機関回転上昇速度を
使用してなますことによって今後の機関回転数上昇速度
を推定し、吸気制御弁作動回転数可変設定手段が、この
ようにして正確に推定された今後の機関回転数上昇速度
が高いほど吸気制御弁の開弁信号を駆動手段へ発信する
際の機関回転数を低回転側に可変設定するために、変速
機においていずれの変速比が選択されていても、運転車
がどのようにアクセルペダルを踏み込んでも、吸気制御
弁が全開される機関回転数を慣性過給が起こる目標回転
数に一致させることができ、確実に機関出力を向上させ
ることができる。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を図により詳細に説明する。第
２図は本考案に係る吸気装置が実施された内燃機関（以
下、エンジンと呼ぶ）の要部を示す断面図、第３図は第
２図のIII-III線断面図で、これらの図において符号１
で示すものはエンジン本体を示す。このエンジン本体１
はシリンダ２およびシリンダヘッド３を備えており、ピ
ストン４の上方には燃焼室５が形成されている。シリン
ダヘッド３には前記燃焼室５に連通された二つの吸気通
路6a,6bが形成され、二個の吸気弁7,7を介して空気を燃
焼室５に導入している。８は燃焼室５内の燃焼ガスを二
個の排気弁9,9を介して排出する排気通路である。10は
前記吸・排気弁7,9を駆動する周知の動弁機構、11は電
子制御式の燃料噴射弁、12は点火栓である。

13はシリンダヘッド３に吸気通路6a,6bに対応して連結
された弁胴、14はこの弁胴13に連結された吸気マニホー
ルドである。この吸気マニホールド14の上流側にはサー
ジタンク15が設けられている。サージタンク15の上流側
には手動の絞り弁16を介して図示しない空気清浄器が設
けられている。すなわち、これらシリンダヘッド３、弁
胴13、吸気マニホールド14は２つの吸気通路6a,6bを有
し、サージタンク15と燃焼室５とを連通する吸気通路17
を形成している。この吸気通路17においては、エンジン
の高回転時に空気の流体抵抗を低減するために吸気通路
6aと吸気通路6bとが合流され断面積が大きく設定されて
いる。吸気通路6a,6bの形状は、一方のみではその時の
固有振動数がエンジンの低回転域にマッチすることで吸
気慣性効果が得られ、両方ではその時の吸気系の固有振
動数がエンジンの高回転域にマッチすることで吸気慣性
効果が得られるように設定されている。

各気筒ごとの吸気通路6a,6bのうち、一方の吸気通路6a
にはエンジンの低回転時に閉じる螺形の吸気制御弁18が
設置されている。実施例においてはこの制御弁18は弁胴
13に設けられ、エンジンの回転速度によって制御されて
いる。すなわち、制御弁18の弁軸18aにはアーム19が固
定されており、アーム19はリンク20を介してアクチュエ
ータ21に連結されている。アクチュエータ21は、ケース
21aと、このケース21aを大気室22と負圧室23とに画成す
るダイヤフラム21bと、このダイヤフラム21bに接続され
先端部が前記リンク20に枢着されたロッド21cと、この
ロッド21cを大気室22方向に付勢するばね21dなどから構
成されている。負圧室23は圧力切換え弁24（以下、負圧
切換え弁と呼ぶ）を介し、管路24a,24bによって負圧タ
ンク25に連通されている。負圧タンク25は管路25aによ
り吸気マニホールド14のサージタンク15に連通されエン
ジン吸気側の負圧が蓄積されている。

26はエンジンの回転速度に応じて前記アクチュエータ21
を制御するエンジン制御コンピュータで、入力側は信号
線27でディストリビュータ28のエンジン回転数センサ29
に接続されている。また、出力側の信号線30は負圧切換
え弁24に接続されている。すなわち、エンジンが低回転
のときは、信号線30から負圧切換え弁24をオフ状態と
し、負圧室23を大気に開放する信号が出力される。一
方、エンジンの回転が上昇し高回転になると、信号線30
からは負圧切換え弁24をオン状態とし、管路24aを負圧
タンク25に連通させる信号が出力される。

このように構成されたエンジンの吸気装置においては、
エンジン本体１が低回転速度で運転されると、エンジン
制御コンピュータ26で、負圧切換え弁24がオフ状態とな
り、アクチュエータ21は負圧室23が大気に開放される。
その結果、負圧室23に大気圧が作用し、制御弁18はばね
21dの付勢力によって閉状態に保たれるので、空気は吸
気通路6bのみから燃焼室５に吸入される。

そして、絞り弁16の開度が増してエンジンが高回転速度
となると、この回転が信号線27からコンピュータ26に入
力され、信号線30から負圧切換え弁24をオン状態とする
信号が出力される。その結果、アクチュエータ21の負圧
室23に負圧タンク25の負圧が導入され、ダイヤフラム21
bはばね21dに抗して負圧側に移動する。これに伴ってロ
ッド21cが後退するため、リンク20を介してアーム19が
回動され制御弁18が開状態となり、空気は吸気通路6a,6
bを経て燃焼室５に吸入される。

本考案によれば上述した負圧切換え弁24のオフ（閉弁）
状態よりオン（開弁）状態へと変える際のエンジン回転
数NE_ONは、車両の走行状態、即ち具体的には第１ギヤ
（ローギヤ）で回転が上昇していく場合と、例えば第２
又は第３ギヤ、或いは第４又は第５ギヤ（トップギヤ）
で回転が上昇していく場合とではその回転上昇速度が異
なるため、夫々の場合に応じて異なって設定されてい
る。従ってエンジン制御コンピュータ26のメモリ（図示
せず）には例えば第４図のように、回転上昇速度ΔNEに
対応して予め設定されるオン信号出力回転数NE_ONのマッ
プが格納されており、検知された単位時間当たりの回転
上昇速度ΔNEが大きい程、前記回転数NE_ONを小さく設定
して目標とする吸気制御弁全開回転数NE_AIにおいて適合
よく制御弁18が全開するように設定されている。

第５図は上述した本考案の吸気制御装置において単位時
間当たりの回転数上昇度合即ち、回転上昇速度を求める
プログラムのフローチャートである。尚、このプログラ
ムが例えば24msのような所定の単位時間毎に割り込み処
理されるルーチンとする。

最初にステップS101ではエンジン回転数センサ29より現
在の回転数NE_NEWを読み込む。次にステップS102では前
回本プログラム実行の際読み込まれた回転数NE_OLDと今
回の回転数NE_NEWと比較して、NE_NEWがNE_OLDより大きい
か否かを判定する。ステップS102でYes、即ち回転数上
昇の際にはステップS103に進み、今回のエンジン回転数
NE_NEWより前回の回転数NE_OLDを減算して1/2にしたもの
にそれまで算出されていた変化量ΔNE_OLDの1/2を加算
し、今回新たに演算された変化量ΔNE_NEWとし、所謂な
まし処理によって演算された回転上昇速度とする。そし
て次のステップS104では今回のエンジン回転数NE_NEWよ
り前回のエンジン回転数NE_OLDを減算したものを、次回
のフロー実行の際使用する変化量ΔNE_OLDとし、ステッ
プS105で今回の回転数NE_NEWを次回のフロー実行の際使
用する回転数NE_OLDとして本プログラムを終了する。
尚、前後するが、ステップS102でNo、即ち回転数下降の
際にはステップS103及び104をスキップしてステップS10
5に進み、NE_OLD←NE_NEWとして本プログラムを終了す
る。即ち上述したプログラムは、回転数上昇の際の本フ
ロー実行毎の変化量ΔNEを求めるものであって、負圧切
換え弁オフ状態からオン状態となる吸気制御弁開き始め
タイミングを適合化させるための機関加速程度を検出す
るものである。

第６図は以上のようにして検知される回転上昇速度ΔNE
に応じて負圧切換え弁24へのオン信号を出力する回転数
NE_ONを選択決定し、検出された回転数NEにより弁24に通
電及び通電停止するプログラムであって、メインルーチ
ン内に組み込まれ処理されるルーチンである。以下、第
４図のマップを参考にして本ルーチンを説明する。

まずステップS1では第５図ルーチンによって演算された
エンジン回転上昇速度ΔNE_NEWを読み込み、第４図の所
定値ｘ以上か否かを判定し、Yesの場合にはステップS2
に進み、一方、ｘ未満の場合には、Noと判定しステップ
S4に進み、例えば第４又は第５ギヤ増速時用に設定され
たオン信号出力回転数ａを選択する。ステップS2ではΔ
NE_NEWが所定値ｙ以上か否かを判定する。即ち本ステッ
プS2は回転上昇速度ΔNEが最も大きな第１ギヤにおける
増速時か、それともそれより小さい例えば第２又は第３
ギヤにおける増速時かを判定するためのものであって、
ｙ以上の場合、Yesの判定しステップS3に進み、回転数
ａより小さい所定回転数ｃを選択する。又、ｘ≦ΔNE
_NEW＜ｙの場合にはNoと判定しステップS5に進み、回転
数a,c間の所定値ｂを選択する。以上のようにして各オ
ン信号出力回転数NE_ON（ａ又はｂ又はｃ）、が選択され
たならば夫々、ステップS6に進み、エンジン回転数セン
サ29より現在のエンジン回転数NE_NEWを読み込み、NE_NEW
が夫々の場合において選択された所定回転数NE_ON、即ち
ａ又はｂ又はｃより以上か否かを判定する。そしてステ
ップS6でYesの場合には現在負圧切換え弁24を開弁作動
させるオン信号が発信されているか、即ちフラグF_ON＝
１であるか否かをステップS7で見て、F_ON≠１の場合に
はステップS8で制御コンピュータ26の出力ボート（図示
せず）より負圧切換え弁24をオン状態とする信号を出力
してステップS9でフラグF_ONをセットして本ルーチンを
終了する。一方ステップS7でYes、即ち、既にオン信号
を出力しているならばその状態を維持してそのまま本ル
ーチンを終了する。前後するが先のステップS6でNo、即
ち現在の回転数NE_NEWが回転数NE_ON（ａ又はｂ又はｃ）
未満であるならばステップS10に進みオン信号出力中で
あるか、即ち現在フラグF_ONがセット（F_ON←１）されて
いるか否かを見て、Yesの場合にはステップS11で負圧切
換え弁24をオフ状態にして（ON信号出力停止）してステ
ップS12に進みフラグF_ONをリセット（F_ON←０）して本
ルーチンを終了する。一方ステップS10でNo、即ち既に
負圧切換え弁24へのON信号出力停止が達成されている場
合にはその状態を維持してそのまま本ルーチンを終了
し、復帰することになる。以上、本実施例を第４図に示
すマップに基づき説明したが、他には各ギヤの増速状態
に対応して夫々ON信号出力回転数を設けても良い。

以上説明したように本実施例によれば、吸気制御弁18の
閉弁より開弁作動開始させる、負圧切換え弁24の通電エ
ンジン回転数NE_ONをエンジン回転上昇速度ΔNE_NEWに応
じてマップサーチして選択することにより、例えば第７
図に示すように車両の各加速状態に対応して吸入効率向
上が求められる目標回転数NE_AIにおいてタイミングよく
吸気制御弁18を全開に至らしめることができ、従ってド
ライバビリティが悪化することはない。当然、この予め
設定される各回転数a,b,cは負圧切換弁オン時から実際
に吸気制御弁全開となるタイムラグΔｔを見込んで前設
定されるもので、吸気制御弁の種類や、実際の加速状態
により実験的に求めることができる。尚、本実施例にお
いては車両増速状態をギヤ区分して３分割してモデル化
し、それぞれにおいて所定値a,b,cを設定したが、別実
施例としては例えば第４図マップを一層細分化して種々
の増速状態において選択される回転数NE_ONを直線的に変
化させるようにしても良い。

〔効果〕

以上説明したように本考案によれば圧力切換え弁への通
電タイミングを、その時の回転上昇速度に応じて可変設
定することで各増速状態に亘ってほぼ同一の機関回転数
で吸気制御弁と全開に至らしめることができ、従って従
来みられたような吸気制御弁全開タイミングのずれがな
くなり、吸気効率向上が要求される高回転領域に到達し
た時点において適切なタイミングで吸気通路断面積増が
達成され、等価吸気管長が小さくなるために吸気系の固
有振動数が増加して出力がスムーズに上昇し、ドライバ
ビリティが良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のクレーム対応図；第２図は本考案に係
る吸気制御装置が実施されたエンジンの要部を示す断面
図；第３図は第２図のIII-III線断面図；第４図は回転
数上昇速度ΔNEに対し設定される負圧切換え弁ON信号出
力回転数NE_ONを示すマップ図；第５図は単位時間当たり
の回転上昇度合を求めるプログラムのフローチャート
図；第６図は第４図に示すマップに基づき吸気制御する
プログラムのフローチャート図；第７図は本考案による
吸気制御装置の各加速状態における吸気制御弁全開タイ
ミングを示す図；第８図は従来装置における吸気制御弁
全開タイミングを示す図。 17……吸気通路、24……圧力切換え弁、26……制御コン
ピュータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の等価吸気管長を可変にする吸気制御
   弁と、前記吸気制御弁を駆動するための駆動手段と、機
   関の回転数を検出する機関回転数センサと、前記機関回
   転数センサによって実測される今回の実測機関回転数上
   昇速度を前回の実測機関回転上昇速度を使用してなます
   ことによって今後の機関回転数上昇速度を推定する機関
   回転上昇速度推定手段と、推定された今後の機関回転数
   上昇速度が高いほど前記吸気制御弁の開弁信号を前記駆
   動手段へ発信する際の機関回転数を低回転側に可変設定
   する吸気制御弁作動回転数可変設定手段と、前記機関回
   転数センサで検出された機関回転数が前記吸気制御弁作
   動回転数可変設定手段によって設定された回転数に達し
   た際、前記駆動手段に前記開弁信号を出力する弁開閉手
   段、とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装
   置。