JP2011157909A - 内燃機関の吸気システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の内燃機関では空燃比の制御が難しい。またターボチャージャ付きの内燃機関は一般的な自動車に応用するには適さない。
【解決手段】スロットルと、ファンと、モータと、スロットルセンサとを備えた内燃機関の吸気システムである。このうち、ファンはスロットルに接続され、モータはファンを駆動することで、空気がスロットルを通過して、内燃機関における少なくとも一つの吸気マニホルドに導入される。スロットルセンサはアクセルペダルの挙動に応じて、ファンの回転数を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は車両の動力構造に関し、しかも特に内燃機関の吸気システムに関する。

自動車の動力は内燃機関に由来し、そして内燃機関の動力はシリンダ内の吸気ガスの燃焼により生じた爆発力でピストンを動かすものである。したがって、良好な内燃機関の性能を得るには、内燃機関の燃焼効率を向上することから始める。

従来の燃料噴射式の内燃機関は、吸入バルブがアクセルペダルの押下程度に応じて、相対的に開く。言い換えれば、アクセルペダルがより多く押下されるほど、吸入バルブが大きく開き、相対的に吸入する空気量が多くなる。吸入バルブが開き、吸入する空気が多くなると、吸気センサが吸気量を検知して、燃料噴射制御系に反映させて、対応する量の燃料を噴射することで、最適な空燃比を実現して、内燃機関に最適な効率を発揮させる。しかしながら、吸気センサが検知して反応するまでには時間的な差があるうえ、検知データも５％の差があるため、吸入バルブが吸入する空気量が、吸入すべき燃料と混合する空気量よりも少なくなり、時間点にも差が生じて、空燃比が低めとなって、不完全燃焼で燃料浪費の不具合が起きてしまう。このような不具合は、車両が停止状態から走行スタート時、そして低速から徐々に高速に入る際に特に顕著になる。運転者がアクセルペダルを踏み加速した後、車両が徐々に高速走行になるにつれて、車両の振動および加速不足が起きてしまう。

車両が標高の高い場所を走行するとき、高山では空気が薄いため、吸入バルブが吸入する空気量が不足して、空燃比の低下を招きやすい。したがって、シリンダ内の燃料が不完全燃焼となり、そしてノッキングが起きると、内燃機関の馬力が低下して、車の登坂力が不足する。いわゆる車の高山病とでもいうべき状態が生じる。

このため、ターボチャージャ付きの内燃機関が登場した。その原理とは、内燃機関が排出した排気ガスでターボファンを回転させて、シャフトの他端の空気圧縮機が内燃機関に吸引された新鮮な空気を圧縮して、内燃機関に送り込むものである。熱力学の原理によれば、内燃機関の気圧はかなりの程度まで高めないとターボファンを駆動させることはできない。また一方では、ターボチャージャ付きの内燃機関が排出した排気ガスを空気の源とするものであるが、排気ガスの温度はかなり高く、吸入した排気ガスは高圧圧縮比での利用はしずらくなりやすい。よって、ターボチャージャは内燃機関の動力を消費し、内燃機関の出力馬力を低減させるだけでなく、一般的な自動車に応用するには適さない。

したがって、本発明の内容の技術態様とは、上記した燃料噴射式の内燃機関およびターボチャージャ付きの内燃機関の不足を克服するための、内燃機関の吸気システムを提供するところにある。

本発明の実施例によれば、スロットルと、ファンと、モータと、スロットルセンサとを備えた内燃機関の吸気システムを提供するものである。このうち、スロットルは弁体と、弁と、スロットル連動機構とを備えている。弁は弁体内に配設されている。スロットル連動機構は弁およびスロットルワイヤに接続されている。

また、ファンはスロットルに接続されている。モータはファンを駆動することで、空気がスロットルを通過して、内燃機関における少なくとも一つの吸気マニホルドに導入される。本実施例におけるモータはブラシレスモータである。

スロットルセンサはアクセルペダルの挙動を検知して、ファンの回転数を制御するものである。スロットルセンサは第１の電位装置と、第２の電位装置とを備えている。第１の電位装置は、走行用コンピュータに必要な走行情報を提供するためにアクセルペダル信号に接続されている。第２の電位装置は、アクセルペダルの押下程度に応じて、ファンの回転数を制御するためにアクセルペダル信号に接続されている。

本発明の実施例では、内燃機関の回転数に基づいてファンの回転数を調整する走行用コンピュータをさらに備えている。または、例えば傾斜センサといったセンサを別途追加することで、車両が現在走行している坂道の傾斜角を検知して、走行用コンピュータで読み込んだ後、ファンの回転数を調整する。

よって、本発明の内燃機関の吸気システムはファンにより空気の吸入率を高めて、内燃機関は、高山の酸素不足および走行スタート時の加速の状態で順調に運転できるようなる。また、スロットルセンサによりファンの回転数を直接制御することで、制御信号の強さを高めるだけでなく、走行用コンピュータの信号に干渉しないようにすることができる。

本発明の一実施例における内燃機関の吸気システムの立体図である。 図１中におけるスロットルセンサの機能ブロック図である。 図１におけるスロットルの断面図である。 図１における内燃機関の吸気システムの機能ブロック図である。

図１を参照されたい。図１は本発明の一実施例における内燃機関の吸気システムの立体図である。図１において、本実施例の内燃機関の吸気システムはスロットル１００と、ファン２００と、モータ３００と、スロットルセンサ４００とを備えている。このうちファン２００はスロットル１００に接続されている。モータ３００はファン２００を駆動することで、空気がスロットル１００を通過して、内燃機関における少なくとも一つの吸気マニホルドに導入される。スロットルセンサ４００はアクセルペダル４１０の挙動に基づいて、ファン２００の回転数を制御する。

ファン２００の回転数は直接アクセルペダル４１０の挙動により決定されるので、空気は噴射燃料と十分に混合されることになり、内燃機関は、高山の酸素不足および走行スタート時の加速の状態で順調に運転できるようなり、ノッキングにより内燃機関の馬力が低下することはなくなる。

本実施例では、ブラシレスモータ３００でファン２００を駆動している。まず、ブラシレスモータ３００は小型であるので、場所を取らないばかりか、空気が流動可能な空間も大きくなる。次に、ブラシおよび電極との摩擦、摩耗がなくなり、ブラシレスモータ３００の寿命を延ばすことができる。また、ブラシレスモータ３００に必要な電力はターボチャージャよりも小さいので、一般的な自動車でもこのシステムを取付けることができる。

これ以外にも、本発明におけるブラシレスモータ３００は無段変速の方式でファン２００を駆動するので、車両は加速性能に優れ、同時に、突然高速走行に入っても、車両が振動したり加速不足になることはない。

スロットルセンサ４００はアクセルペダル４１０の挙動に基づいてファン２００の回転数を制御する。具体的に言えば、アクセルペダル４１０を踏むと同時に、ファン２００はアクセルペダル４１０の押下程度に応じて、相対的な回転数となる。したがって、スロットル開度が大きくなるほど、ファン２００の回転数は早くなり、これによりファン２００が吸入する空気量を直接制御することになる。

図２を参照されたい。図２は図１におけるスロットルセンサ４００の機能ブロック図である。図２において、本実施例のスロットルセンサ４００内部には第１の電位装置４３０と、第２の電位装置４４０とを備えている。第１の電位装置４３０は走行用コンピュータ５００に必要な走行情報を提供するためにアクセルペダル４１０の信号に接続されており、第２の電位装置４４０はアクセルペダルアクセルペダル４１０の押下程度に応じて、ブラシレスモータ３００の回転数を調整するためにアクセルペダル４１０の信号に接続されている。これにより、走行用コンピュータ５００およびブラシレスモータ３００の制御信号は分離されているので、互いの信号が干渉することはなく、制御信号の強さを高めることができる。

図３を参照されたい。図３は図１におけるスロットル１００の断面図である。図３に示すように、スロットル１００は弁体１１０と、弁１２０と、スロットル連動機構１３０とを備えている。

弁１２０は空気の通過量を調節するために弁体１１０内に配設されている。スロットル連動機構１３０は弁１２０とスロットルワイヤ４２０とを接続するためのものである。このうち、スロットルワイヤ４２０はアクセルペダル４１０に接続されて、スロットルセンサ４００はスロットル連動機構１３０に接続されている。別の角度から見れば、本実施例におけるスロットルセンサ４００は弁１２０の挙動に基づいて、つまりアクセルペダル４１０が踏まれると同時に、ファン２００はスロットル１００の開度に応じて、相対的な回転数となると見なすことができる。

図４を参照されたい。図４は図１における内燃機関の吸気システムの機能ブロック図である。本実施例における内燃機関の吸気システムは走行用コンピュータ５００をさらに備えている。使用時においては、走行用コンピュータ５００は各種走行データ情報を読み込むとともに、読み込まれた走行データ情報に基づいてファン２００の回転数を調整する。これにより、本実施例における内燃機関の吸気システムはアクセルペダル４１０の挙動と走行用コンピュータ５００の走行データ情報とを結合して、必要なファン２００の回転数を決定するので、ファンの回転数を調整する反応時間を短縮するだけでなく、内燃機関の性能を向上することができる。

本実施例において、走行用コンピュータ５００には複数のプログラムが搭載されており、内燃機関の回転数、車両の速度および内燃機関の燃焼が完全であるか否かなどのデータを読み込むことで、データ情報が正常範囲内であるか否かを判断して、ひいてはファン２００の回転数を調整する。また、例えば内燃機関における吸気マニホルド内の圧力を検知する圧力センサ６００、内燃機関における吸気マニホルド内の酸素含有量を検知する酸素センサ７００、車両が現在走行している坂道の傾斜角を検知する傾斜センサ８００といったセンサを別途追加してもよい。走行用コンピュータ５００は別途追加されたセンサのデータを読み込むとともに、各データ情報に基づいてファン２００の回転数を調整する。

ここで表１を参照されたい。

走行用コンピュータ５００が読み込んだ内燃機関の回転数情報からは以下のことが判る。内燃機関の回転数が１５００ｒｐｍ未満のとき、本実施例のブラシレスモータ３００は運転されないので、一般的な街中での走行では、本システムのブラシレスモータ３００は車両自体の既存の性能には全く影響しない。そして内燃機関の回転数が１５００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ未満のとき、ブラシレスモータ３００が必要とする電力は１０４Ｗ、消費電流量は８Ａとなる。内燃機関の回転数が約２０００ｒｐｍ前後のとき、ブラシレスモータ３００に必要な電力は１４４Ｗ、消費電流量は１２Ａとなる。内燃機関の回転数が約３０００ｒｐｍ前後のとき、ブラシレスモータ３００に必要な電力は２６０Ｗ、消費電流量は２０Ａとなる。上記表をまとめると、とっさに追い越ししたいとき、または坂道を走行するとき、内燃機関の回転数が１５００ｒｐｍを超えたときのみ、ブラシレスモータ３００は運転し始めるとともに、走行用コンピュータ５００が読み込んだ内燃機関の回転数に基づいて、ブラシレスモータ３００自体の回転数を増減すると同時に、吸気量を調整することで内燃機関は最適な運転状態が実現されることが判る。

上記した本発明の実施例からは、本発明の内燃機関の吸気システムを応用することで空気の吸入率を高めて、内燃機関は、高山の酸素不足および走行スタート時の加速の状態で順調に運転できるようなることが判る。さらには、ブラシレスモータ３００を使用することで寿命を延ばし、しかも一般的な車両にもこのシステムを取付けることができるので、利便性が向上する。最後に、スロットルセンサ４００はファン２００の回転数を直接制御することで、制御信号の強さを高めるだけでなく、走行用コンピュータ５００の信号に干渉しないようにすることができる。

本発明の実施例を上記のように開示したが、これは本発明の保護範囲を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の技術的思想および範囲を逸脱することなく、各種変更および付加を行うことができるので、本発明の保護範囲は特許請求の範囲により限定されるものを基準とすべきである。

１００ スロットル
１１０ 弁体
１２０ 弁
１３０ スロットル連動機構
２００ ファン
３００ ブラシレスモータ
４００ スロットルセンサ
４１０ アクセルペダル
４２０ スロットルワイヤ
４３０ 第１の電位装置
４４０ 第２の電位装置
５００ 走行用コンピュータ
６００ 圧力センサ
７００ 酸素センサ
８００ 傾斜センサ

Claims (6)

1. スロットルと、
   前記スロットルに接続されているファンと、
   前記ファンを駆動することで、空気が前記スロットルを通過して、内燃機関における少なくとも一つの吸気マニホルドに導入されるようにするモータと、
   アクセルペダルの挙動を検知して、前記ファンの回転数を制御するスロットルセンサと、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気システム。
2. 前記スロットルが、
   弁体と、
   前記弁体内に配設されている弁と、
   前記弁とスロットルワイヤに接続されているスロットル連動機構と、を備え、
   前記スロットルワイヤが前記アクセルペダルに接続され、そして前記スロットルセンサが前記スロットル連動機構に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
3. 前記スロットルセンサが、
   走行用コンピュータに必要な走行情報を提供するために前記アクセルペダル信号に接続されている第１の電位装置と、
   前記アクセルペダルの押下程度に応じて、前記ファンの回転数を制御するために前記アクセルペダル信号に接続されている第２の電位装置と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
4. 前記モータがブラシレスモータであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
5. 前記内燃機関の回転数に基づいて、前記ファンの回転数を調整する実行プログラムが搭載されている走行用コンピュータをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
6. 車両が現在走行している坂道の傾斜角を検知する傾斜センサと、
   前記車両が現在走行している坂道の傾斜角に基づいて、前記ファンの回転数を調整する実行プログラムが搭載されている走行用コンピュータと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。

Images