JPH08526Y2 - 内燃機関の吸気系構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、例えば、自動車等に搭載される内燃機関
（以下必要に応じ「エンジン」という）の吸気系構造に
関する。

［従来の技術］ 従来より、自動車等に搭載されるエンジンでは、その
吸気通路の一部より分岐した可変容積型のレゾネータが
設けられて、エンジンの回転状態に適応する共鳴過給効
果を得る手段が行われている。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、レゾネータを用いて共鳴過給を行う場合、
騒音対策上、一般に吸気通路径とレゾネータの吸気通路
への接続通路径との関係は、吸気通路径の方が接続通路
径よりも大きく設定されているので、共鳴過給に対して
の効果が少ない。

さらに、吸気通路にエアクリーナを設けない状態で大
きな共鳴効果のある吸気系でも、エアクリーナを接続す
ることにより、ピーキ（ピーク）な共鳴ゲインが得られ
なくなるという問題点がある。

一方、一般には、ヘルムホルツの共鳴器の理論から、
レゾネータのタンク容積，出口部通路径，出口部通路長
のいずれかを変えると、共鳴（レゾナンス）周波数を変
えられることがわかっているので、レゾネータのタンク
容積，出口部通路径，出口部通路長のいずれかを変え
て、共鳴周波数を変えることにより、エンジン回転数が
変化した場合でも、それぞれの場合に最適な共鳴状態を
発揮しうるよう調節することが考えられる。

即ち、第２図に示すように、エアクリーナ１とエンジ
ン２とを連通する吸気通路３の一部より分岐された接続
通路４を介し可変容積型のレゾネータ５が設けられる。
レゾネータ５内にはネジ杆９によりレゾネータ５内を摺
動する可動仕切部材（以下必要に応じ「ピストン」とい
う）８が設けられ、モータ10によりてネジ杆９を回し、
ピストン８をネジ杆９の軸方向に移動させる。これによ
り、吸気通路３側に通じる一方側チャンバＡの容積を変
えレゾネータ５を含む吸気通路３の容積が可変調節され
るように構成されている。一方、ピストン８を境にして
他方側のチャンバＢは開口5aにより大気開放となってい
る。

そして、上記調節により、エンジンの回転状態に応じ
て、吸気通路の共鳴周波数を変え、吸気系に最適の共鳴
過給効果が得られるよう作用する。また、レゾネータ５
の容積の可変は、エアクリーナ１の部分におけるエアク
リーナ１のすぐ下流側にエアフローセンサ（AFS）７が
設けられるとともに、レゾネータ５にピストン８の動き
を測定するポテンショメータ11が設けられていて、吸気
通路３中の空気量を検出し、且つ、ピストン８の位置を
検知して、図示しない電子制御ユニット（ECU）により
てモータ10を可動しピストン８を操作することによって
行われるようになっている。

ところで、上述のような可変容積型のレゾネータ５で
は、エアフローセンサ７がレゾネータ５の分岐点3aより
上流側にあるため、ピストン８が移動するときに、エア
フローセンサ７で検出される空気量（エアクリーナ１か
ら吸入される空気量）Ｑとエンジンの実際のシリンダ吸
気量Qaとが異なるようになる。

つまり、第２図に示すように、ピストン８が移動して
レゾネータ５の内部が拡張すると、空気量Ｑの一部ΔＱ
がレゾネータ５の内部に吸入されて、実際のシリンダ吸
気量Qaは、エアフローセンサ７で検出される空気量Ｑか
らレゾネータ５内に吸収される空気量ΔＱを除いたも
の、即ち、Qa＝Ｑ−ΔＱとなり、ピストン８が移動して
レゾネータ５の内部が収縮すると、レゾネータ５の内部
から空気量ΔＱが排出されて、実際のシリンダ吸気量Qa
は、エアフローセンサ７で検出される空気量Ｑにレゾネ
ータ５内から排出された空気量ΔＱを加えたもの、即
ち、Qa＝Ｑ＋ΔＱとなる。

このため、AFS7によってシリンダへの吸気量を正しく
計測できないというという問題点が生じる。かかる問題
点を解決するために、レゾネータ流入空気量ΔＱをピス
トン８の位置から推定して、その計測値を補正する必要
がある。

この補正には、例えば、ピストン位置制御用ポテンシ
ョメータの出力をSGT毎（つまり、クランク角センサに
よるエンジン１回転毎）にA/D変換し、その変化量からA
/NデータのベースであるDAN（１吸入サイクル当りAFS7
を通過する空気量）を次のように補正する手段がある。

即ち、 なお、ピストン位置のA/D分解能は、 10.24l/［（4/5）×256］＝0.05l/bit ΔＸはA/D値のSGT毎の差 DAN分解能は0.0064LPS/LSB ｋは定数とする。

しかしながら、このように補正した結果、補正の効果
があることは確認できたものの、以下のような問題が残
る。

つまり、ΔＸがI2〜３デジットしかないので8bitA/
D変換では分解能が悪い。エラーと補正に位相差があ
り、ピストン位置で定数ｋも異なる。さらに、Qa＜−
ΔＱのときは成立せずAFSは逆流に対応できない。

本考案は、このような問題点に鑑みなされたもので、
エンジン回転数の変化に応じてそれぞれの場合に最適な
共鳴状態を発揮しうる可変容積型レゾネータであって、
可動仕切部材（ピストン）の移動によるエアフローセン
サでの空気検出量とエンジンの実際のシリンダ吸気量と
の差異を、複雑なの補正手段によらずに簡単な構造によ
って解消できるようにした、内燃機関の吸気系構造を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本考案の内燃機関の吸気
系構造は、内燃機関の吸気系において、エアクリーナか
ら該内燃機関の燃焼室へ通じ途中に吸入空気量を検出す
るエアフローセンサを配設された吸気通路をそなえると
ともに、該エアフローセンサ配設部より下流側の吸気通
路部分から分岐するように可変容積型のレゾネータをそ
なえ、該レゾネータが、可動仕切部材によって仕切られ
た２つのチャンバを有し、該可動仕切部材を移動させる
ことによって、該吸気通路部分に連通する一方のチャン
バの容積を可変にすべく構成されて、且つ、該レゾネー
タにおける他方のチャンバが該エアフローセンサ配設部
より下流側で該レゾネータへの分岐部より上流側の吸気
通路部分に連通していることを特徴としている。

［作用］ 上述の本考案の内燃機関の吸気系構造では、可動仕切
部材を移動させることで、レゾネータの一方のチャンバ
の容積を変化させて、それぞれのエンジン回転数に応じ
た共鳴過給効果を得られるようになる。この際に、可動
仕切部材の移動に伴って一方のチャンバの容積変化で、
エアフローセンサを通過する空気量の一部が一方のチャ
ンバ内に吸入又は排出され、エアフローセンサを通過す
る空気量に対して、エンジンのシリンダ吸気量が変化し
ようとするが、可動仕切部材の移動に伴って、他方のチ
ャンバの容積が一方のチャンバの容積とは逆に変化し、
これに応じた空気量が、他方のチャンバから、エアフロ
ーセンサ配設部より下流側で該レゾネータへの分岐部よ
り上流側の吸気通路部分に吸入又は排出されるので、上
記シリンダ吸気量の変化分が相殺される。

［実施例］ 以下、図面により本考案の一実施例としての内燃機関
の吸気系構造について説明すると、第１図は本考案の内
燃機関の吸気系構造の模式的構成図であり、第１図中、
第２図と同じ符号はほぼ同様の部分を示している。

まず、この内燃機関の吸気系構造の構成を説明する
と、第１図に示すように、エアクリーナ１とエンジン２
とを連通する吸気通路３には、その一部より分岐されて
接続通路４を介し可変容積型のレゾネータ５が設けられ
る。

また、吸気通路３には、スロットルバルブ６が設けら
れるとともに、エアクリーナ１のすぐ下流部分にはエア
ーフローセンサ（AFS）７が設けられる。

可変容積型レゾネータ５は、その内部には摺動可能な
可動仕切部材（ピストン）８およびこれを可動するネジ
杆９が設けられ、且つ、レゾネータ５の外部にこのネジ
杆９を回すモータ10が設けられる。

このモータ10は、エンジンの回転状態に応じて図示し
ない電子制御ユニット（ECU）により作動を制御され、
モータ10によってネジ杆９が回転駆動され、これにより
ピストン８がネジ杆９の軸方向に移動されて、ピストン
８により２分される一方側のチャンバＡ内の容積即ち吸
気通路３に連通する側のレゾネータ内容積が調節される
よう構成されている。したがって、エンジンの吸気通路
３の容積が調節されて、エンジンの回転状態に適応した
共鳴過給効果が得られるようになっている。

また、レゾネータ５には、ピストン８の位置を測定す
るためのポテンショメータ11が設けられピストン位置情
報がECUに送られて、ピストン８を所定の位置にすべく
フィードバック制御されるようになっている。そして、
レゾネータ５のピストン８により２分される他方側のチ
ャンバＢはその開口5aが掃気管12により、吸気通路３に
おけるエアフローセンサ（AFS）７の下流側とレゾネー
タ分岐点3aとの間に連通されている。

次に、この内燃機関の吸気系構造の作動について説明
すると、エンジンの回転数の変化によって吸気状態は変
化するが、このエンジン回転数の変化に応じて、レゾネ
ータの一方側チャンバＡの内部容積を調節する。この際
に、ポテンショメータ11により検知したピストン８の位
置に基づいて図示しないECUによってモータ10をフィー
ドバック制御して、ネジ杆９を回しながらピストン８を
移動させて、一方側チャンバＡの内部容積を調節する。

これによって吸気通路３の共鳴周波数を変えて、エン
ジン回転数に応じた気流の脈動と共鳴する最適の過給効
果が得られる。

また、レゾネータ５の他方側チャンバＢは大気開放と
せず、掃気管12を通じて、吸気通路３のAFS7の下流側と
レゾネータ分岐点3a上流側との間に連通されているの
で、分岐点3aよりレゾネータ５の一方側チャンバＡ内へ
空気が入出すると、この入出空気量ΔＱと同量の空気量
ΔＱ′が他方側チャンバＢから吸気通路３におけるAFS7
と分岐点3aとの間へ出入する。

つまり、第１図に示すように、一方側チャンバＡ内に
空気量ΔＱの空気が入ると、これと同時にこの空気量Δ
Ｑに等しい空気量ΔＱ′の空気が他方側チャンバＢから
吸気通路３に出される。

また、一方側チャンバＡ内から吸気通路３に空気量Δ
Ｑの空気が出されると、これと同時にこの空気量ΔＱに
等しい空気量ΔＱ′の空気が他方側チャンバＢに入る。

したがって、エンジンへのシリンダ吸気量Qaは、 Qa＝Ｑ−ΔＱ＋ΔＱ′＝Ｑ 又は、Qa＝Ｑ＋ΔＱ−ΔＱ′＝Ｑ となって、AFS7を通過した吸気量Ｑとシリンダ吸気量Qa
とが一致（又はほぼ一致）するようになる。

したがって、AFS7によって計測される空気量Ｑとシリ
ンダ吸気量Qaとの関係は、レゾネータ５への流入空気量
ΔＱの影響をうけることなく、常に互いに等しくなる。

このため、AFS7のデータを補正する必要がなくなっ
て、このデータ補正にかかるA/D変換の際の分解能が悪
化するという問題点やピストン位置毎に定数ｋを変える
必要があるという問題点やAFS7が逆流に対応できないと
いう問題点などが解消され、AFS7を通じて、常に所定の
精度でエンジン制御を行えるようになる。

［考案の効果］ 以上詳述したように、本考案の内燃機関の吸気系構造
によれば、吸気通路の一部より分岐される可変容積型の
レゾネータが、可動仕切部材により２分されるチャンバ
のうち、接続通路を介して吸気通路側に連通されない他
方側のチャンバを吸気通路のエアーフローセンサ下流側
と上記レゾネータ分岐点の上流側との間に連通させてい
るため、上記分岐点より下流側のエンジンのシリンダへ
の吸入空気量が、レゾネータの容積変化の影響を受けな
いようになって、エアーフローセンサを流通する空気量
とシリンダへの吸入空気量とが常に等しくなる。したが
って、従来のように、エアーフローセンサの検出値を補
正する必要がなくなり、このデータ補正にかかる煩雑な
演算やA/D変換の際の分解能の悪化や定数ｋの変更やエ
アーフローセンサの逆流対応等の諸問題が解消され、エ
アーフローセンサを通じて、常に所定の精度でエンジン
制御を行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例としての内燃機関の吸気系構
造を示す模式的構成図であり、第２図は従来例としての
内燃機関の吸気系構造を示す模式的構成図である。 １……エアクリーナ、２……内燃機関（エンジン）、３
……吸気通路、3a……接続通路の分岐点、４……接続通
路、５……レゾネータ、5a……開口、６……スロットル
バルブ、７……エアーフローセンサ、８……可動仕切部
材（ピストン）、９……ネジ杆、10……モータ、11……
ポテンショメータ、12……掃気管、Ａ……一方側チャン
バ、Ｂ……他方側チャンバ、Ｑ……吸気通路の空気量、
Qa……シリンダへの吸気量、ΔＱ……レゾネータ（一方
側チャンバ）への流入空気量又はレゾネータ（一方側チ
ャンバ）からの流出空気量、ΔＱ′……他方側チャンバ
からの流出空気量又は他方側チャンバへの流入空気量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 樋口 宏 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 自動車エンジニアリング株式会社京都事業 所内 (56)参考文献 特開 昭61−226517（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気系において、エアクリーナ
   から該内燃機関の燃焼室へ通じ途中に吸入空気量を検出
   するエアフローセンサを配設された吸気通路をそなえる
   とともに、該エアフローセンサ配設部より下流側の吸気
   通路部分から分岐するように可変容積型のレゾネータを
   そなえ、該レゾネータが、可動仕切部材によって仕切ら
   れた２つのチャンバを有し、該可動仕切部材を移動させ
   ることによって、該吸気通路部分に連通する一方のチャ
   ンバの容積を可変にすべく構成されて、且つ、該レゾネ
   ータにおける他方のチャンバが該エアフローセンサ配設
   部より下流側で該レゾネータへの分岐部より上流側の吸
   気通路部分に連通していることを特徴とする、内燃機関
   の吸気系構造。