JP2540551B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、所定の低回転・低負荷域ではスワールの生
成を強化して、混合気の燃焼性を向上させるようにした
エンジンの吸気装置に関するものである。

［従来技術］ 着火燃焼時において吸気（混合気）の乱れが大きい
と、火炎の伝播速度が大きくなるので、ノッキングの発
生が抑制され、燃焼性が向上するということはよく知ら
れている。そこで、吸気をシリンダの中心部に対して偏
心させて燃焼室に供給し、燃焼室内の吸気をシリンダの
円周方向に流動させ、燃焼室内に吸気の渦流すなわちス
ワールを生成して吸気の乱れを大きくし、燃焼性の向上
を図ったものが提案されている。

そして、有効なスワールを生成するには、吸気ポート
から燃焼室へ流入する吸気の流速を高める必要がある
が、燃焼性の低下する低回転・低負荷時には吸気流速が
小さくなるので、スワールの生成がとくに必要であるの
にもかかわらず、スワールの生成は低下する。そこで、
例えば、気筒毎に夫々、吸気の噴出方向がシリンダの中
心部に対して偏心した低負荷用吸気ポートと、開閉弁が
介設された高負荷用吸気ポートとを設け、所定の低回転
・低負荷域では開閉弁を閉じて高負荷用吸気ポートを閉
止し、低負荷用吸気ポートのみから比較的大きな流速で
吸気を燃焼室へ供給し、スワールの生成を強化するよう
にしたもの（DIS方式）が提案されている（例えば、特
開昭56−18038号公報参照）。

この従来のものは、エンジン回転数Ｎと吸気圧Pbとを
入力情報として、例えば第３図中の領域II及び領域III
で示すような低回転・低負荷域（Ｎ≦2500r.p.m.かつPb
≦−100mmHg）では開閉弁を閉じてスワールの生成を強
化するようにしているが、エンジン回転数に関して常に
Ｎ＝2500r.p.m.で切換を行なうようにすると、エンジン
回転数が2500r.p.m.付近で運転される場合には、微少な
回転数変動によって頻繁に切換が行なわれるので、これ
を防止するため、開弁側（高回転側）から閉弁側（低回
転側）への切換は例えば2300r.p.m.で行なうようにして
いる（第４図の矢印Ｂで示す部分参照）。

ところで、マニュアルチョーク付エンジンにおいて
は、冷間始動時には燃料の気化・霧化が悪化し、混合気
が超リーンとなるため、チョークバルブを絞って燃料供
給量を増量するのが一般的であり、このような場合、チ
ョークバルブを絞ったまま放置して暖機運転が行なわれ
ることが多い。このとき、エンジン始動時のエンジンス
トールを防止するために、ファーストアイドル機能によ
って吸気量が若干増量されるようになっているので、エ
ンジンの暖機が進むとエンジン回転数が上昇し、例えば
3000〜3500r.p.m.まで上昇するのが一般的である。

ところが、このようなマニュアルチョーク付エンジン
に、上記従来のDIS方式が用いられた場合、チョークバ
ルブを絞ったまま暖機運転を行なうと、上記のようにエ
ンジン回転数が上昇して2500r.p.m.を超えると開閉弁が
開かれる。ところが、このような暖機運転中は、たとえ
回転数が高くても吸気量は非常に少ないので、開閉弁が
開かれるとスワールはほとんど生成されなくなり、燃焼
性が急激に低下し、このため急激にエンジン回転数が低
下する。そして、エンジン回転数が2300r.p.m.以下とな
ると開閉弁が閉じられるので再びスワールの生成が強化
され、エンジン回転数が2500r.p.mを超えて開閉弁が開
かれるといったように開閉弁の開閉が繰り返されるの
で、所謂ハンチング現象が惹起され、エンジンの運転性
が悪化するといった問題があった。

［発明の目的］ 本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、DIS方式を用いたマニュアルチョーク付エンジン
において通常走行時にはエンジンの運転状態に応じて適
正にスワールの生成を制御し、燃焼性を高めて、走行性
・燃費性の向上を図れるとともに、チョークバルブを絞
ったままで暖機運転を行なう場合には、開閉弁の頻繁な
開閉によって生じるエンジンの回転変動を有効に防止で
きるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 本発明は上記の目的を達成するため、エンジン回転数
が所定回転数以下であり、かつエンジン負荷が所定負荷
量以下である運転領域でスワールの生成を強化するスワ
ール強化手段と、エンジン温度が低いときにアイドル回
転数を上昇させるファーストアイドル手段とを設けたエ
ンジンの吸気装置において、エンジンが無負荷運転をし
ているときには、エンジン回転数が上記所定回転数を超
えてもスワール生成の強化を停止しないように、上記ス
ワール強化手段を制御するスワール制御手段を設けたこ
とを特徴とするエンジンの吸気装置を提供する。

［発明の作用・効果］ 本発明によれば、通常の有負荷運転時において、混合
気の燃焼性が低下する所定の低回転・低負荷域ではスワ
ール強化手段によってスワールの生成が強化されるので
燃焼室内の混合気に十分な乱れを保持することができ、
火炎の伝播速度が高められ、ノッキングの発生が防止さ
れるなどして燃焼性を良好に保つことができ、走行性・
燃費性が向上する。一方、高回転域、あるいは高負荷域
では吸気量が十分にあるので、スワールの生成を強化し
なくても必要なスワールは確保でき燃焼性を良好に保つ
ことができ、逆にスワールの生成の強化を停止すること
によって吸気充填量を十分に確保できるので出力を高め
ることができる。

一方、トランスミッションニュートラル時、クラッチ
切換時等の無負荷運転時には、スワール制御手段によっ
てスワール強化手段が常にスワールを強化する側に固定
されるので、エンジン回転数にかかわりなく常にスワー
ルの生成が強化される。ところで、チョークバルブを絞
りつつ暖機運転を行なう場合は、トランスミッションが
ニュートラルにシフトされた無負荷状態となるので、上
記暖機運転中は、スワール強化手段の切換は停止され、
したがって、本願に対する従来技術で説明したような、
スワール強化手段のハンチングによるエンジン回転数の
変動は完全に防止される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、エンジンＥは吸気弁１が開かれ
たときに吸気ポート２から燃焼室３に吸気（混合気）を
吸入し、この吸気（混合気）をピストン４で圧縮して点
火プラグ（図示せず）で着火燃焼させ、燃焼ガスを排気
弁５が開かれたときに排気ポート６を介して排気通路７
に排出する一連の行程が連続的に繰り返され、これに伴
って生じるピストン４の往復運動がコネクチングロッド
８を介してクランク軸（図示せず）に回転運動として伝
達されるような構成となっている。

そして、燃焼室３に吸気を供給するために共通吸気通
路11が設けられている。この共通吸気通路11は、吸気中
に燃料を気化・霧化させて混合気を生成する２バレル式
気化器16が配設された位置よりやや上流側の第１分岐部
12より下流側では隔壁14によってエンジン回転数、ある
いはエンジン負荷の大小にかかわらず常時吸気を通すプ
ライマリ吸気通路11pと、所定の高回転、あるいは高負
荷時のみ吸気を通すセカンダリ吸気通路11sとに分岐さ
れている。これらのプライマリ吸気通路11pとセカンダ
リ吸気通路11sとは、気化器16配設位置よりやや下流の
第１集合部13で再び１つの共通吸気通路11に集合してい
る。

上記プライマリ吸気通路11pには第１分岐部12のやや
下流において、マニュアル式のバタフライ型チョークバ
ルブ15が介設され、このチョークバルブ15はエンジン始
動時等とくにリッチな混合気を必要とする場合には絞ら
れて、チョークバルブ15下流のプライマリ吸気通路11p
内の負圧を大きくして、気化器16からの燃料吸出量を増
加させるようになっている。また、上記チョークバルブ
15下流において、プライマリ吸気通路11pには気化器16
の構成部分であり、燃料を吸出すための負圧を生じさせ
るプライマリスモールベンチュリ17pが配設され、この
プライマリスモールベンチュリ17pのスロート部には燃
料を供給するためのプライマリメーンノズル18pが開口
している。さらに、プライマリスモールベンチュリ17p
下流において、プライマリ吸気通路11pにはアクセルペ
ダル（図示せず）の踏み込みに応じて開閉されるプライ
マリスロットル弁21が介設されている。

一方、セカンダリ吸気通路11sには、プライマリスモ
ールベンチュリ17pと対応する位置において、プライマ
リスモールベンチュリ17pと同様の構成と機能を有する
セカンダリスモールベンチュリ17sが配設され、そのス
ロート部にはセカンダリメインノズル18sが開口してい
る。また、セカンダリ吸気通路11sには、プライマリス
ロットル弁21と対応する位置において、リンク機構22を
介してプライマリスロットル弁21と連動して開閉される
セカンダリスロットル弁23が介設されている。

また、共通吸気通路11は吸気ポート２よりやや上流と
なる第２分岐部25より下流では、スワールを生成するた
めに吸気ポート２への開口部がシリンダ中心方向に対し
て偏心して配設され、かつ、通路断面が下流に向かって
絞り込まれた第１分岐吸気通路26と、所定の高回転時あ
るいは高負荷時のみ吸気を通す通路断面積の比較的大き
い第２分岐吸気通路27とに分岐されている。

上記第２分岐吸気通路27には、これを開閉するバタフ
ライ式の開閉弁28が介設されている。この開閉弁28に対
しては負圧応動式のダイヤフラム装置よりなるアクチュ
エータ29が設けられ、開閉弁28とアクチュエータ29とは
リンク機構31を介して連結されている。そして、このア
クチュエータ29の圧力室にプライマリ，セカンダリスロ
ットル弁21,23下流の共通吸気通路11内の負圧を導入す
るための負圧導入通路32が設けられ、この負圧導入通路
32には三方ソレノイド弁33が介設されており、該三方ソ
レノイド弁33の第３の接続端は大気開放されている。そ
して、制御回路35からの信号を受けて、三方ソレノイド
弁33が負圧導入通路32を通してアクチュエータ29の圧力
室に負圧を導入するようにセットされたときには、後で
詳しく説明するように負圧が弱い場合（−200〜−100mm
Hg）は負圧に応じてリンク機構31を介してアクチュエー
タ29によって開閉弁28が徐々に閉じられ、負圧が所定値
（−200mmHg）より強い場合には全閉されるようになっ
ている。一方、三方ソレノイド弁33が制御回路35からの
信号を受けてアクチュエータ29の圧力室に大気圧を導入
するようにセットされたときには、開閉弁28はリンク機
構31を介してアクチュエータ29によって全開されるよう
になっている。

上記制御回路35は、吸気圧センサ36によって検出され
る吸気圧Pbと、回転数センサ（図示せず）によって検出
されるエンジン回転数Ｎと、三方ソレノイド弁開閉スイ
ッチ37によって検出される三方ソレノイド弁信号と、ト
ランミッションがニュートラル位置にあるか否かを示す
ニュートラルスイッチ信号と、クラッチのオン・オフ状
態を示すクラッチスイッチ信号とを入力信号として、三
方ソレノイド弁33の切換制御を行なうようになっている
が、以下、第２図に示す制御フローチャートを参照しつ
つ制御回路35による制御方法について説明する。

制御が開始されるとステップS1で、エンジン回転数Ｎ
と吸気圧Pbとニュートラルスイッチ信号とクラッチスイ
ッチ信号と三方ソレノイド弁信号とが制御情報として制
御回路35に読み込まれる。

続いてステップS2,S3,S4で、エンジンＥがエンジン回
転数Ｎに関して開閉弁28を開くべき領域（高回転域）に
あるか、または閉じるべき領域（低回転域）にあるかが
判定される。本案では、第３図に示すように、エンジン
Ｅの運転状態をエンジン回転数Ｎと吸気圧Pbとをパラメ
ータとして表わして、基本的にはエンジン回転数Ｎが所
定値を超えているか、または吸気圧Pbが所定値を超えて
いるときには三方ソレノイド弁33がオン、すなわち開閉
弁28が開かれるようになっている。ところが、三方ソレ
ノイド弁33の切換を行なうべき所定のエンジン回転数
を、例えば2500r.p.m.のようにただ１つだけ設定した場
合、エンジンＥを2500r.p.m.付近で運転するとエンジン
回転数の2500r.p.m.をはさんだ微小な変動ないし振動に
よって頻繁に三方ソレノイド弁33の切換が行なわれるの
で、スワール制御が不安定となる。これを防止するため
に、三方ソレノイド弁33のオフからオン（開閉弁・閉→
開）への切換は第４図中の矢印Ａで示すように、Ｎ＝25
00r.p.m.で行ない、一方三方ソレノイド弁33のオンから
オフ（開閉弁・開→閉）への切換は第４図中の矢印Ｂで
示すように、Ｎ＝2300r.p.m.で行なうようにして、200
r.p.m.以下の回転数変動では三方ソレノイド弁33の切換
が行なわれないように制御するようにしている。このよ
うな制御がステップS2,S3,S4で行なわれる。

ステップS2では、まず三方ソレノイド弁33がオン状態
（開閉弁・開）であるか否かが比較される。比較の結
果、三方ソレノイド弁33がオン（開閉弁・開）でなけれ
ば（NO）、エンジン回転数Ｎの変化に対しては三方ソレ
ノイド弁33はオフ（開閉弁・閉）からオン（開閉弁・
開）への切換しか起こりえないので、制御はステップS3
に進められ前記したように切換回転数を2500r.p.m.とし
て、三方ソレノイド弁33をオンすべきかオフすべきかが
判定される。

ステップS3ではエンジン回転数Ｎが2500r.p.m.を超え
ているか否かが比較される。比較の結果、Ｎ＞2500r.p.
m.であれば（YES）、エンジンＥは後で詳しく説明する
ように無負荷でない限りスワールの生成の強化を停止す
るために開閉弁28を開弁すべき高回転域にあるので、ス
テップS5〜S7の開閉弁開弁ルーチンに進められ、一方、
Ｎ≦2500r.p.m.であれば（NO）、スワールの生成を強化
するために開閉弁28を閉弁すべき条件の１つが成立して
いるので、もう１つの条件、すなわち吸気圧が所定値以
下であることが成立しているか否かを判定するために、
制御はステップS8に進められる。

ところで、上記ステップS2での比較の結果、三方ソレ
ノイド弁33がオン（開閉弁・開）であれば（YES）、エ
ンジン回転数Ｎの変化に対しては三方ソレノイド弁33は
オン（開閉弁・開）からオフ（開閉弁・閉）への切換し
か起こりえないので（但し、Pb＜−100mmHgでなければ
切換は起こらない）、制御はステップS4に進められ、切
換回転数を2300r.p.m.として、三方ソレノイド弁33をオ
ンすべきかオフすべきかが判定される。

ステップS4では、エンジン回転数Ｎが2300r.p.m.を超
えているか否かが比較され、ステップS3の場合と同様
に、Ｎ＞2300r.p.m.であれば（YES）、制御はステップS
5に進められ、一方、Ｎ≦2300r.p.m.であれば（NO）、
制御はステップS8に進められる。

上記ステップS2,S3,S4での判定の結果、三方ソレノイ
ド弁33をオン（開閉弁・開）すべく制御がステップS5に
進められた場合について説明する。

ステップS5ではニュートラルスイッチ信号がオフ（ト
ランスミッションがニュートラルでない）であるか否か
が比較される。エンジンＥが無負荷の場合は、開閉弁28
の開閉に伴ってスワール強度すなわち燃焼性が変化する
とエンジン回転数Ｎは大きく変化する。このため、無負
荷状態で開閉弁28の開閉切換を行なうと、エンジン回転
数Ｎが切換回転数（2300〜2500r.p.m.）付近で運転され
た場合、例えば、低回転側からエンジン回転数Ｎが増加
して2500r.p.m.を超えると開閉弁28が開かれるが、吸気
量が非常に少ないのでスワールはほとんど発生しなくな
り、燃焼性が低下し、エンジン回転数Ｎは急激に低下
し、2300r.p.m.以下となり、開閉弁28が閉じられる。そ
うするとスワールが発生するので燃焼性が急に高まり、
かつ、無負荷なのでエンジン回転数Ｎは急速に上昇し、
2500r.p.m.を超え、再び開閉弁28が開かれる。このよう
な、開閉弁28の開閉ないしエンジン回転数の変動がハン
チングを起こす。このような現象は、本願に対する従来
技術で説明したように、チョークバルブ15を絞って暖機
運転を行なう場合にはとくに著しくなる。これを防止す
るため、上記チョーク時の暖機運転時を含む無負荷時に
はエンジン回転数Ｎが2500r.p.m.を超えても開閉弁28が
開かれないように制御される。

したがって、ステップS5での比較の結果、ニュートラ
ルスイッチがオフでなければ（NO）、エンジンＥは無負
荷なので制御はステップS9に進められる。

ステップS9では三方ソレノイド弁33がオフされ、開閉
弁28が閉弁され（すでに閉弁されていれば閉弁状態が継
続される）、この後、制御はステップS10に進められ、
イグニッションスイッチのオン・オフに応じてステップ
１に復帰して続行されるか、または終了される。

一方、ステップS5での比較の結果、ニュートラルスイ
ッチ信号がオフであれば（YES）、制御はステップS6に
進められ、クラッチが切断（無負荷）されているか否か
が判定される。

ステップS6ではクラッチスイッチ信号がオフ（クラッ
チ接続）であるか否かが比較され、クラッチスイッチ信
号がオフでなければ（NO）、クラッチが切断されエンジ
ンＥは無負荷となっているので、制御はステップS9に進
められ、制御弁28は閉弁される。なお、すでに閉弁され
ていれば閉弁状態が継続されるだけである。ステップS9
以下の制御方法は、ステップS5でNOと判定された場合と
同様であるので説明を省略する。

一方、ステップS6の比較の結果、クラッチスイッチ信
号がオフであれば（YES）、クラッチが接続されてお
り、かつ、ステップS5ですでにトランスミッションがニ
ュートラルシフトでないと判定されているので、エンジ
ンＥは有負荷状態となり、制御はステップS7に進められ
る。

ステップS7では三方ソレノイド弁33がオンされ、開閉
弁28が開かれスワールの生成の強化が停止されるととも
に、第1,第２分岐吸気通路26,27の両方を通して十分に
吸気が供給され出力向上が図られる。この後、制御はス
テップS10に進められ、イグニッションスイッチのオン
・オフに応じてステップS1に復帰して続行されるか、ま
たは終了される。

ところで、上記のステップS2,S3,S4での判定の結果、
制御がステップS8に進められた場合、ステップS8では吸
気圧が−100mmHgを超えているか否かが比較される。Pb
＞−100mmHgとなる高負荷域（第４図中の領域Ｉ）で
は、充填効率を高めて出力向上を図るために、制御弁28
が開かれるようになっている。そして、アクチュエータ
29は第５図に示すように、圧力室内の圧力が−200mmHg
以下となったときには開閉弁28が全閉され、一方−100m
mHg以上となったときには開閉弁28が全開され、−200〜
−10mmHgではアクチュエータ29内のばねの作用によっ
て、圧力室内の圧力に応じて開閉弁28が徐々に開かれる
ような特性を有している。

ステップS8での比較の結果、Pb＞−100mmHgであれば
（YES）、エンジンＥは高負荷状態となっているので、
制御はステップS7にスキップされ、三方ソレノイド弁33
がオンされ、開閉弁28が開かれ出力向上が図られる。す
でに開閉弁28が開かれていれば開弁状態が継続されるだ
けであることはもちろんである。この後、制御はステッ
プS10に進められ、イグニッションスイッチのオン・オ
フに応じてステップS1に復帰して続行されるか、または
終了される。

一方、ステップS8での比較の結果、Pb≦−100mmHgで
あれば（NO）、エンジンＥはスワールの生成を強化すべ
き低回転・低負荷域（第３図中の領域II,III）にあるの
で、制御はステップS9に進められる。

ステップS9では三方ソレノイド弁33がオフされる。こ
のとき、Pb≦−200mmHgであれば（第３図中の領域II
I）、開閉弁28は全閉され、スワールの生成が可及的に
強化される。これに対して−200mmHg＜Pb≦−100mmHgで
あれば、第５図中の折線Ｇで示すような特性で、吸気圧
に応じて開閉弁28は徐々に開かれ、吸気圧の変化により
開閉弁28の開閉が切換えられる際の燃焼性の急変、すな
わちエンジン回転数の急変の発生を防止している。

この後、制御はステップS10に進められ、イグニッシ
ョンスイッチのオン・オフに応じて、ステップS1に復帰
して続行されるか、または終了される。

以上のような制御が行なわれ、無負荷時、とくにチョ
ーク中の放置暖機運転時の回転変動が有効に防止され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる吸気装置を備えたエンジンの
システム構成図である。 第２図は、制御回路による開閉弁の開閉制御方法を示す
制御フローチャートである。 第３図は、開閉弁の開領域と閉領域とを、エンジン回転
数と吸気圧とをパラメータとして表した図である。 第４図は、開閉弁のエンジン回転数に対する作動特性を
示す図である。 第５図は、開閉弁の吸気圧に対する作動特性を示す図で
ある。 Ｅ…エンジン、１…吸気弁、２…吸気ポート、３…燃焼
室、11…共通吸気通路、15…チョークバルブ、26…第１
分岐吸気通路、27…第２分岐吸気通路、28…開閉弁、29
…アクチュエータ、33…三方ソレノイド弁、35…制御回
路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン回転数が所定回転数以下であり、
   かつエンジン負荷が所定負荷量以下である運転領域でス
   ワールの生成を強化するスワール強化手段と、エンジン
   温度が低いときにアイドル回転数を上昇させるファース
   トアイドル手段とを設けたエンジンの吸気装置におい
   て、エンジンが無負荷運転をしているときには、エンジ
   ン回転数が上記所定回転数を超えてもスワール生成の強
   化を停止しないように、上記スワール強化手段を制御す
   るスワール制御手段を設けたことを特徴とするエンジン
   の吸気装置。