JP2003322023A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの吸気系のメインコレクタ５と、こ
れにコレクタ容量切換弁９を介して接続されるサブコレ
クタ７とを備える場合に、メインコレクタ５の圧力に対
し、サブコレクタ７の圧力が所定値以上低下することに
より、コレクタ容量切換弁９が開いたときに吸入空気量
が低下するのを防止する。 【解決手段】 サブコレクタ７の圧力が所定値以上低下
する条件であるアクセル全閉状態からの急加速後に、コ
レクタ容量切換弁９を開弁させるときに、その開弁動作
期間のうち初期における弁部開口面積の変化量を、終期
における弁部開口面積の変化量に比べて小さくする。具
体的には、開弁初期は緩速度で開弁させ、開弁終期は急
速度で開弁させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、実公平４−８３０４号公報に記載
の技術では、Ｖ型エンジンにおいて、バンク毎の吸気コ
レクタ間を仕切る隔壁に制御弁を設け、エンジン回転数
が所定値以上になれば制御弁を開くことで、単気筒当た
りのコレクタ容量を拡大させ、エンジン中・高回転域で
の全開負荷出力の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、更なる全開
負荷出力の向上を目的としてコレクタ容量を拡大するた
め、特願２００１−３０７１２２号にて提案したコレク
タでは、メインコレクタとは別に、これにコレクタ容量
切換弁を介して接続されるサブコレクタを設け、エンジ
ン回転数に応じたコレクタ容量切換弁の開閉により、コ
レクタ容量を可変として、低回転側でのトルク応答性の
向上と、高回転側での全開負荷出力の向上との両立を図
るようにしている。

【０００４】しかしながら、このようなコレクタを用い
た場合、運転状況によっては、メインコレクタに対し、
サブコレクタが負圧になる場合が生じ、スロットル弁か
らメインコレクタに導入される空気がサブコレクタに引
かれるため、大きなトルク低下を生じて運転性に跳ね返
るという問題点があった。すなわち、例えばスロットル
弁全開走行時に、コレクタ容量切換弁も開弁して、コレ
クタ容量を最大にしている状態から、急停止して、スロ
ットル弁全閉となり、これよりやや遅れてコレクタ容量
切換弁が閉となった時は、メインコレクタ及びサブコレ
クタ内の圧力は共に負圧となっているが、この後に、再
加速に至るシーンでは、スロットル弁が開くとメインコ
レクタ内の圧力が上昇し、これよりやや遅れてコレクタ
容量切換弁が開いた時に、メインコレクタ内の圧力に対
し、サブコレクタ内の圧力はまだ負圧大となっており、
スロットル弁からメインコレクタに導入される空気がサ
ブコレクタに引かれてしまうのである。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するこ
とのできるエンジンの吸気装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明では、エンジンの吸気系に設けられたメインコレクタ
と、このメインコレクタにコレクタ容量切換弁を介して
接続されるサブコレクタとを備えるエンジンの吸気装置
において、前記コレクタ容量切換弁の開弁動作期間のう
ち初期における弁部開口面積の変化量を、終期における
弁部開口面積の変化量に比べて小さくしたことを特徴と
する。

【０００７】請求項２の発明では、前記コレクタ容量切
換弁の動作速度を開弁初期と開弁終期とで異ならせるこ
とを特徴とする。請求項３の発明では、前記コレクタ容
量切換弁の駆動用アクチュエータの動作速度を制御する
ことを特徴とする。請求項４の発明では、前記メインコ
レクタ内の圧力に対し前記サブコレクタ内の圧力が所定
値以上低下する条件にて、前記コレクタ容量切換弁の動
作速度を開弁初期と開弁終期とで異ならせるように制御
することを特徴とする。

【０００８】請求項５の発明では、前記サブコレクタ内
の圧力が所定値以上低下する条件であることを推定する
手段を用い、該推定手段は、アクセル全閉状態からの急
加速を検出する手段を含んで構成されることを特徴とす
る。請求項６の発明では、前記コレクタ容量切換弁に対
しダンパ機構を設けて、前記コレクタ容量切換弁の動作
速度を変化させることを特徴とする。

【０００９】請求項７の発明では、前記コレクタ容量切
換弁の動作量に対する弁部開口面積の変化量を開弁初期
と開弁終期とで異ならせることを特徴とする。請求項８
の発明では、開弁直後の開弁初期の期間における弁部開
口面積が略一定になるように構成したことを特徴とす
る。請求項９の発明では、前記コレクタ容量切換弁は、
通常運転時にエンジン回転数に応じて低回転側で閉、高
回転側で開とされることを特徴とする。

【００１０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、コレクタ容量
切換弁の開弁動作期間のうち初期における弁部開口面積
の変化量を、終期における弁部開口面積の変化量に比べ
て小さくするので、開弁初期にメインコレクタ、サブコ
レクタ間を絞りつつ、徐々に圧力差を緩和し、圧力差を
なくしてから、実質的に連通させるので、スロットル弁
からメインコレクタに導入される空気がサブコレクタに
引かれることによるトルク低下を防止でき、運転性を向
上することができる。

【００１１】請求項２の発明によれば、コレクタ容量切
換弁の動作速度を開弁初期と開弁終期とで異ならせるこ
とで、請求項１の効果を容易に実現できる。請求項３の
発明によれば、コレクタ容量切換弁の駆動用アクチュエ
ータの動作速度を制御することで、請求項１の効果を更
に容易に実現できる。請求項４の発明によれば、メイン
コレクタ内の圧力に対しサブコレクタ内の圧力が所定値
以上低下する条件にて、コレクタ容量切換弁の動作速度
を開弁初期と開弁終期とで異ならせるように制御するこ
とで、運転性への影響が問題となる条件で制御を行うこ
とで、不要な制御を防止できる。

【００１２】請求項５の発明によれば、サブコレクタ内
の圧力が所定値以上低下する条件として、アクセル全閉
状態からの急加速を検出することで、最も圧力差が大き
くなるときに、圧力差を緩和して、運転性への影響を確
実に回避できる。請求項６の発明によれば、コレクタ容
量切換弁に対しダンパ機構を設けて、コレクタ容量切換
弁の動作速度を変化させることで、請求項１の効果を容
易に実現できる。

【００１３】請求項７の発明によれば、コレクタ容量切
換弁の動作量に対する弁部開口面積の変化量を開弁初期
と開弁終期とで異ならせることで、構造的改良により、
請求項１の効果を容易に実現できる。請求項８の発明に
よれば、開弁直後の開弁初期の期間における弁部開口面
積が略一定になるように構成したことで、サブコレクタ
側への引き込みを最小限に抑えつつ、圧力差を緩和でき
る。

【００１４】請求項９の発明によれば、コレクタ容量切
換弁は、通常運転時にエンジン回転数に応じて低回転側
で閉、高回転側で開とされるので、低回転側でのトルク
応答性の向上と、高回転側での全開負荷出力の向上とを
図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示
すエンジン吸気系の概略平面図、図２はその要部側面図
である。本実施形態は４気筒エンジンの場合である。エ
ンジン１の吸気通路２には、吸入空気量検出用のエアフ
ローメータ３が設けられ、その下流に電制スロットル弁
４が設けられている。スロットル弁４の下流にはメイン
コレクタ５が設けられ、このメインコレクタ５から分岐
した気筒毎のブランチ管６がエンジン１の各気筒の吸気
ポート入口部に接続されている。

【００１６】また、メインコレクタ５とは別に、サブコ
レクタ７が設けられ、メインコレクタ５とサブコレクタ
７とは連通管８により連通し、この連通管８にはこれを
開閉可能なコレクタ容量切換弁９が設けられている。エ
ンジン制御用のコントロールユニット１０には、前記エ
アフローメータ３の他、アクセル開度検出用のアクセル
開度センサ１１、エンジン回転数検出用のクランク角セ
ンサ１２などから、信号が入力されている。

【００１７】ここにおいて、電制スロットル弁４は、コ
ントロールユニット１０により、主にアクセル開度に応
じて、スロットル開度を制御される。コレクタ容量切換
弁９は、コントロールユニット１０により、主にエンジ
ン回転数に応じて、開閉制御される。すなわち、低回転
領域（例えば2800rpm 以下の領域）では、コレクタ容量
切換弁９を閉じて、メインコレクタ５とサブコレクタ７
との連通を遮断することで、コレクタ容量を小さくし、
トルク応答性の向上を図ると共に、共鳴過給効果による
出力の向上を図る（図３のＡ参照）。

【００１８】高回転領域では、コレクタ容量切換弁９を
開いて、メインコレクタ５とサブコレクタ７とを連通さ
せることで、コレクタ容量を大きくし、慣性過給効果に
より全開出力の向上を図る（図３のＢ参照）。しかしな
がら、このような可変容量コレクタを用いた場合、運転
状況によっては、メインコレクタ５に対し、サブコレク
タ７が負圧になる場合が生じ、この場合に、コレクタ容
量切換弁９を閉状態から全開状態へ急激に切換えると、
スロットル弁４からメインコレクタ５に導入される空気
がサブコレクタ７側に引かれるため、大きなトルク低下
を生じて運転性に跳ね返るという問題点があった。

【００１９】例えば、図４に示すように、加速（高負荷
運転）→減速→再加速を行う場合である。最初の加速
（高負荷運転）中は、高回転領域であるため、コレクタ
容量切換弁９は開いている。このときは、図５（ａ）に
示すように、メインコレクタ５とサブコレクタ７は同等
圧力である。

【００２０】次にスロットル弁４が閉じて、減速に移行
すると、これよりやや遅れて、低回転領域に移行するの
で、コレクタ容量切換弁９はスロットル弁４の閉時期に
やや遅れて閉じる。このときは、図５（ｂ）に示すよう
に、メインコレクタ５が負圧化するが、コレクタ容量切
換弁９が遅れて閉じるまでの間に、サブコレクタ７も負
圧化している。

【００２１】次にスロットル弁４が開いて、再加速に移
行すると、メインコレクタ５の負圧が減少する。その一
方、コレクタ容量切換弁９は、これより遅れて、高回転
領域に入ってから、開き、この時点まで、負圧状態に保
持されているので、図５（ｃ）に示すように、コレクタ
容量切換弁９が一気に全開状態へと開いたときに、メイ
ンコレクタ５とサブコレクタ７との圧力差が大きく、サ
ブコレクタ７がメインコレクタ５と比較して負圧が大き
いので、スロットル弁４からメインコレクタ５に導入さ
れる空気がサブコレクタ７側に引かれるため、大きなト
ルク低下を生じて運転性に跳ね返るのである。すなわ
ち、図４に「比較例」と記して示すように、コレクタ容
量切換弁９が遅れて開き始める時点から、メインコレク
タ５の負圧が一時的に増大し、吸入空気量が一時的に減
少して、トルク段差を生じてしまうのである。

【００２２】このため、本発明では、コレクタ容量切換
弁９の開弁動作期間のうち初期における弁部開口面積の
変化量を、終期における弁部開口面積の変化量に比べて
小さくする。具体的には、コレクタ容量切換弁９の動作
速度を開弁初期と開弁終期とで異ならせ、図６に開弁動
作特性を示すように、通常の特性に対し、開弁初期に緩
速度で動作させ、開弁終期に急速度で動作させる。

【００２３】すなわち、圧力均衡がとれるまで（開弁初
期）、緩速度で開弁動作させ、圧力均衡がとれた段階で
（開弁終期）、比較的急速度で開弁動作させように、コ
レクタ容量切換弁９の駆動用アクチュエータとして用い
る電気モータの動作速度を制御する。また、メインコレ
クタ５内の圧力に対し、サブコレクタ７の圧力が所定値
以上低下する条件にて、開弁動作特性を変更するよう
に、制御する。

【００２４】このため、図７のフローでは、サブコレク
タ７の圧力が所定値以上低下する条件であることを推定
し、この条件の推定時にのみ、コレクタ容量切換弁９の
開弁動作特性を変更する。Ｓ１では、エンジン回転数を
検出し、予め定めた切換回転数（所定値；例えば2800rp
m ）と比較して、これを超えているか否かを判定する。

【００２５】エンジン回転数が所定値以下の場合は、Ｓ
２へ進み、コレクタ容量切換弁９が開いているか否かを
判定し、開いている場合のみ、Ｓ３へ進んで、通常の特
性でコレクタ容量切換弁９を閉じる。エンジン回転数が
所定値を超えている場合は、Ｓ４へ進み、コレクタ容量
切換弁９が閉じているか否かを判定し、閉じている場合
のみ、開く必要があるので、Ｓ５へ進む。

【００２６】Ｓ５では、メインコレクタ５内の圧力に対
しサブコレクタ７の圧力が所定値以上低下する条件であ
るか否かの判定のため、直前の加速はアクセル全閉状態
からの急加速か否かを判定する。すなわち、アクセル全
閉状態からの所定時間内でのアクセル開度の変化量が所
定値以上か否かを判定する。急加速でない場合は、メイ
ンコレクタ５、サブコレクタ７間の圧力差は大きくない
と考えて、Ｓ６へ進み、通常の特性でコレクタ容量切換
弁９を開く。

【００２７】急加速の場合は、メインコレクタ５、サブ
コレクタ７間の圧力差は大きいと考えられるので、Ｓ７
へ進み、開弁動作特性を変更して、コレクタ容量切換弁
９を開く。すなわち、図６に示したように、開弁初期は
緩速度で、開弁終期は急速度で開弁させる。これによ
り、加速（高負荷運転）→減速→再加速を行った場合で
も、図４中に「本発明」と記して示すように、再加速時
に、メインコレクタ５の負圧が小、サブコレクタ７の負
圧が大の状態から、コレクタ容量切換弁９が開弁して
も、ゆっくりと開弁し、開弁初期の弁部開口面積が小さ
いことから、この開弁初期の期間に、吸入空気量の減少
を生じることなく、メインコレクタ５、サブコレクタ７
間の圧力差を緩和することができ、開弁終期に弁部開口
面積が大きくなったときには、圧力差が小さくなってい
る。従って、再加速の直後に吸入空気量が減少するのを
防止でき、トルク段差を生じることがない。

【００２８】また、低回転域（2800rpm 以下）でコレク
タ容量切換弁９を閉じることで、コレクタの小容量化に
よるトルク応答性の向上と共鳴過給効果による低速トル
クの改善を図ることができる。一方、高回転域でコレク
タ容量切換弁９を開くことで、慣性過給効果による全開
出力の向上を図ることができる。次に本発明の第２実施
形態について図８により説明する。

【００２９】第２実施形態では、コレクタ容量切換弁に
対しダンパ機構を設けることで、図６の開弁動作特性を
得る。図８において、コレクタ容量切換弁９は、その駆
動用アクチュエータである負圧アクチュエータ２１によ
りロッド２２を介して駆動されるようになっているが、
コレクタ容量切換弁９の弁軸９ａに取付けられる作動レ
バー２３に対し、ダンパ機構を構成するダンパシリンダ
２４内のピストン２５のピストンロッド２６を連結して
ある。

【００３０】ダンパ機構について詳細に説明すると、ダ
ンパシリンダ２４内にピストン２５を配置して、ピスト
ン２５の左右に油圧室Ａ、Ｂを画成する。ここで、ピス
トン２５には、オリフィス孔２７とこれより大径の孔２
８とを設けて、室Ａ、Ｂを連通させる。但し、大径の孔
２８には、室Ａから室Ｂの方向への油の流れのみを許容
する一方弁（ここではリードバルブ）３０を装着する。

【００３１】また、ピストン２５が室Ａ側にあると、ピ
ストン２５の側面により閉止され、ピストン２５が室Ｂ
側に移動すると、室Ａと室Ｂとを連通する連通路３０を
設けてある。従って、負圧アクチュエータ２１によりロ
ッド２２を図示矢印方向に引込んで、コレクタ容量切換
弁９を開くときには、作動レバー２３、ピストンロッド
２６を介し、ピストン２５が図で右方に移動するが、こ
のとき、一方弁２９により大径の孔２８が遮断され、ま
た開弁初期は連通路３０も遮断されているので、室Ｂの
油は小径のオリフィス孔２７を通ってしか室Ａに流出で
きないので、ピストン２５の動きがダンパ作用により抑
制される。従って、開弁初期のコレクタ容量切換弁９の
開速度を遅くすることができる。

【００３２】そして、開弁終期には、ピストン２５の移
動により、連通路３０が開き、室Ｂの油が連通路３０を
通って室Ａに流出できるようになるので、ダンパ作用が
解除される。従って、開弁終期のコレクタ容量切換弁９
の開速度は早くすることができる。従って、図６の開弁
動作特性を得ることができる。その一方、コレクタ容量
切換弁９の開状態から、負圧アクチュエータ２１のロッ
ド２２が突出して、コレクタ容量切換弁９を閉じるとき
には、ピストン２５は図で左方に移動することになり、
室Ａの油が室Ｂに流出することになるが、このときは一
方弁２９が開弁して大径の孔２８が通じるので、ダンパ
作用が解除される。従って、閉弁時は速やかに閉弁させ
ることができる。

【００３３】本実施形態によれば、コレクタ容量切換弁
に対しダンパ機構を設けて、コレクタ容量切換弁の動作
速度を変化させることで、第１実施形態と同様の効果が
得られる。次に本発明の第３実施形態について図９及び
図１０により説明する。第３実施形態は、コレクタ容量
切換弁の開弁動作期間のうち初期における弁部開口面積
の変化量を、終期における弁部開口面積の変化量に比べ
て小さくするため、コレクタ容量切換弁の動作量に対す
る弁部開口面積の変化量を開弁初期と開弁終期とで異な
らせようにしたものである。

【００３４】また、特に、開弁直後の開弁初期の期間に
おける弁部開口面積が略一定になるように構成してあ
る。図９はこの場合の開弁動作特性図であり、図１０は
この場合のコレクタ容量切換弁の具体例を示している。
即ち、図１０に示すコレクタ容量切換弁９の回動位置で
は、連通管８内面とのクリアランスが略０で、全閉（弁
部開口面積≒０）となる。

【００３５】この状態から、わずかに回動すると、連通
管８内面との間にわずかながら一定のクリアランスを生
じ、その後は、しばらくの間、回動しても、曲面８ａに
より、一定のクリアランスが保たれる。従って、開弁直
後の開弁初期の期間における弁部開口面積は極めて小さ
く、かつ一定に保たれる。そして、更に回動すると、曲
面８ａが無くなり、連通管８内面とのクリアランスが一
気に増大する結果、弁部開口面積が急増して、全開とな
る。

【００３６】このようにして、図９に示すような開弁動
作特性を得ることで、開弁初期の弁部開口面積一定かつ
小の期間に、メインコレクタ５、サブコレクタ７間の圧
力差を緩和し、その後に、メインコレクタ５、サブコレ
クタ７間を弁部開口面積大の状態で連通させて、十分な
慣性過給効果を得る。従って、第１実施形態と同様、再
加速の直後に吸入空気量が減少するのを防止でき、トル
ク段差を生じることがない。

【００３７】次に本発明の第４実施形態について図１１
及び図１２により説明する。図１１は本発明の第４実施
形態を示すエンジン吸気系の概略平面図、図１２はその
要部側面図である。本実施形態はＶ型６気筒エンジンの
場合である。エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量
検出用のエアフローメータ３が設けられ、その下流は２
系統（Ａ、Ｂ）に分岐し、それぞれに電制スロットル弁
４が設けられている。

【００３８】各スロットル弁４の下流にはそれぞれメイ
ンコレクタ５が設けられ、各メインコレクタ５からそれ
ぞれ分岐した気筒毎のブランチ管６がエンジン１の各気
筒の吸気ポート開口部に接続されている。また、各メイ
ンコレクタ５に対し、共通のサブコレクタ７が設けら
れ、各メインコレクタ５とサブコレクタ７とはそれぞれ
複数の連通管８により連通し、各連通管８にはこれを開
閉可能なコレクタ容量切換弁９が設けられている。

【００３９】このような構成であっても、第１実施形態
〜第３実施形態と同様の構成を付加することにより、こ
れらと同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態を示すエンジン吸気系
の概略平面図

【図２】 同上の要部側面図

【図３】 可変容量コレクタによる出力特性図

【図４】 加速→減速→再加速時のタイムチャート

【図５】 従来の問題点を示す図

【図６】 本発明の第１実施形態を示すコレクタ容量制
御弁の開弁動作特性図

【図７】 第１実施形態でのコレクタ容量制御弁の開閉
制御のフローチャート

【図８】 本発明の第２実施形態を示すコレクタ容量切
換弁に対するダンパ機構の図

【図９】 本発明の第３実施形態を示すコレクタ容量制
御弁の開弁動作特性図

【図１０】 第３実施形態でのコレクタ容量切換弁の構
造図

【図１１】 本発明の第４実施形態を示すエンジン吸気
系の概略平面図

【図１２】 同上の要部側面図

【符号の説明】 １ エンジン ２ 吸気通路 ３ エアフローメータ ４ 電制スロットル弁 ５ メインコレクタ ６ ブランチ管 ７ サブコレクタ ８ 連通管 ９ コレクタ容量切換弁 １０ コントロールユニット １１ アクセル開度センサ １２ クランク角センサ ２１ 負圧アクチュエータ ２４ ダンパシリンダ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸気系に設けられたメインコレ
   クタと、このメインコレクタにコレクタ容量切換弁を介
   して接続されるサブコレクタとを備えるエンジンの吸気
   装置において、 前記コレクタ容量切換弁の開弁動作期間のうち初期にお
   ける弁部開口面積の変化量を、終期における弁部開口面
   積の変化量に比べて小さくしたことを特徴とするエンジ
   ンの吸気装置。
2. 【請求項２】前記コレクタ容量切換弁の動作速度を開弁
   初期と開弁終期とで異ならせることを特徴とする請求項
   １記載のエンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】前記コレクタ容量切換弁の駆動用アクチュ
   エータの動作速度を制御することを特徴とする請求項２
   記載のエンジンの吸気装置。
4. 【請求項４】前記メインコレクタ内の圧力に対し前記サ
   ブコレクタ内の圧力が所定値以上低下する条件にて、前
   記コレクタ容量切換弁の動作速度を開弁初期と開弁終期
   とで異ならせるように制御することを特徴とする請求項
   ２又は請求項３記載のエンジンの吸気装置。
5. 【請求項５】前記サブコレクタ内の圧力が所定値以上低
   下する条件であることを推定する手段を用い、該推定手
   段は、アクセル全閉状態からの急加速を検出する手段を
   含んで構成されることを特徴とする請求項４記載のエン
   ジンの吸気装置。
6. 【請求項６】前記コレクタ容量切換弁に対しダンパ機構
   を設けて、前記コレクタ容量切換弁の動作速度を変化さ
   せることを特徴とする請求項２記載のエンジンの吸気装
   置。
7. 【請求項７】前記コレクタ容量切換弁の動作量に対する
   弁部開口面積の変化量を開弁初期と開弁終期とで異なら
   せることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装
   置。
8. 【請求項８】開弁直後の開弁初期の期間における弁部開
   口面積が略一定になるように構成したことを特徴とする
   請求項７記載のエンジンの吸気装置。
9. 【請求項９】前記コレクタ容量切換弁は、通常運転時に
   エンジン回転数に応じて低回転側で閉、高回転側で開と
   されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか
   １つに記載のエンジンの吸気装置。