JPH044458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変圧縮比エンジンの吸気装置に関
するものである。

従来のエンジンにおいては、ノツキングの発生
を防止するため、ノツキング検出器によりノツキ
ングを検知して点火時期を遅角化する方向に制御
するようにしていた。しかしながら、このような
従来のエンジンにおいては、高負荷時に点火時期
が大幅に遅角化し熱効率が低下するという問題が
あつた。そこで、実開昭56−79639号においては、
ノツキング検出器の検知強度に対応し、エンジン
の燃焼室容積を制御して圧縮比を最適に制御する
ことにより、熱効率を低下させることなくノツキ
ングの発生を防止することができる可変圧縮比エ
ンジンを提案している。

一方、特開昭54−74021号等においては、主に
アイドル運転時や極低負荷運転時の燃費の向上を
図るため、エンジンの運転状態に応じて気筒に吸
入される吸気のスワールを制御する吸気スワール
制御装置を備えるエンジンの吸気装置が提案され
ている。この吸気スワール制御装置は、アクセル
ペダルに連動して操作されるスロツトル弁下流の
吸気通路を分割して形成した１次側吸気通路と２
次側吸気通路のうち２次側吸通路に介設された副
スロツトル弁を備えてなるものである。この吸気
スワール制御装置を備えたエンジンの吸気装置
は、吸気量の少ないエンジンのアイドル運転や極
低負荷運転域では、上記副スロツトル弁を全開し
て１次側吸気通路のみから吸気を供給して吸気流
速を速めることにより、燃焼室内にスワールを形
成して混合気の燃焼速度を向上させ、燃費の向上
を図るとともに、また吸気量が多いエンジンの中
高負荷運転域においては、上記副スロツトル弁を
開き、２次側吸気通路からも吸気を供給して充填
効率を高め、出力の向上を図ることができる。

本発明は、上記したような利点を有する可変圧
縮比エンジンとスワール制御装置を備えた吸気装
置とを組み合せることにより、エンジンにおける
より望ましい燃焼性を確保することを目的とする
ものである。

本件発明者等の研究によれば、ノツク限界から
の圧縮比に対するスワール値の要求特性は、第１
図に示したように圧縮比が大きくなればなるほど
スワール値を小さくする必要があることが明らか
になつた。

本発明は、この研究に基づくものであり、ノツ
キング検出器を燃焼性容積可変装置とを備え、該
ノツキング検出器によりノツキングの発生を検出
したとき、前記燃焼室容積可変装置により燃焼室
容積が拡張され、これにより圧縮比が低下させら
れる可変圧縮比エンジンの吸気装置において、エ
ンジンの運転状態に応じて気筒に吸入される吸気
のスワールを制御する吸気スワール制御装置と、
圧縮比を検出する圧縮比検出装置と、該圧縮比検
出装置の検出信号を受け、この検出信号によつて
示される圧縮比が所定値以上低下したとき、前記
吸気スワール制御装置により制御される吸気のス
ワールを強める方向に補正する補正装置とを設け
たことを特徴とするものである。

以上の構成の可変圧縮比エンジンの吸気装置に
おいては、ある値の圧縮比でエンジンの運転を行
なつている場合に、ノツキングが生じたとき、こ
れを検知して燃焼室容積を拡張し、圧縮比を低下
させることによつてノツキングの発生を防止する
とともに、この圧縮比を低下させる制御により該
圧縮比が所定値より低くなつたとき、上記補正装
置によつて、上記スワール制御装置により制御さ
れる吸気のスワールを強める方向に補正するよう
にしたので、ノツク限界からの圧縮比に対するス
ワール値の要求特性にマツチさせることができ、
これによつて充分なスワール効果を引き出すこと
ができる。

以下添付図面を参照しつつ本発明の好ましい実
施例による可変圧縮比エンジンの吸気装置につい
て説明する。

第２図は、本発明の吸気装置が装着される可変
圧縮比エンジンの１例を示す概略図である。

第２図において符号Ｅは、可変圧縮比エンジン
を示し、該エンジンＥは、通常のエンジンと同
様、シリンダ１と、その上部に位置するシリンダ
ヘツド２とを有している。シリンダ１の内部に
は、ピストン３が摺動自在に嵌合しており、その
上方に燃焼室４が形成されている。上記エンジン
Ｅは、上記燃焼室の容積を制御できるようにする
燃焼室容積可変装置（以下可変装置と略称する）
５を備えている。

上記可変装置５は、上記シリンダヘツド２内に
形成され、燃焼室４に開口するシリンダ孔６を有
している。このシリンダ孔６には、可変ピストン
７が摺動自在に嵌合しており、この可変ピストン
７は、シリンダ孔６内で上記燃焼室４に向つて、
あるいはこの室から離れる方向に摺動することに
よつて、このシリンダ孔６内の燃焼室４に開口す
る可変室８の容積を変化させ、その結果燃焼室４
の実質的な容積を制御するようにしている。可変
ピストン７には、ピストンロツド９がその下端で
連結されており、該ピストンロツド９は、そこか
ら上方に延びて、シリンダ１０内に摺動自在に嵌
合するパワーピストン１１にその上端が連結され
ている。

シリンダ１０内の空間は、上記ピストン１１に
よつて第１室１０ａと第２室１０ｂに分割されて
いる。このシリンダ１０の第１室１０ａおよび第
２室１０ｂには、これらの室内に作動油を供給
し、あるいはこれらの室内から作動油を排出する
ための第１および第２通路１２，１３がそれぞれ
接続されている。これらの第１および第２通路１
２，１３は、切換弁１４を介して作動油供給通路
１５あるいは作動油排出通路１６に接続されるよ
うになつている。作動油供給通路１５は、油溜１
７から切換弁１４および通路１２あるいは１３を
介してシリンダ１０の第１室１０ａまたは第２室
１０ｂに作動油を供給するためのものであり、該
通路１５にはポンプＰが設けられている。

上記切換弁１４内には、スプール１８が摺動自
在に嵌合しており、このスプール１８は、第１図
において弁１４と通路１２との接続部より上方に
位置する第１大径部１８ａ、通路１２および１３
との接続部の間に位置する第２大径部１８ｂ、通
路１３との接続部より下方に位置する第３大径部
１８ｃ、およびこれらの大径部の間に位置する第
１および第２小径部１８ｄおよび１８ｅからなつ
ている。このスプール１８は、外部から伝導リン
ク１９を介して電磁ソレノイドであるアクチユエ
ータ２０によつてその位置の調整が行なわれるよ
うになつている。このアクチユエータ２０は、マ
イクロコンピユータ等により構成される制御回路
２１からの励磁信号Ｄ１によつて作動させられる
ようになつている。この制御回路２１は、ノツキ
ング検出器２２に接続されており、このノツキン
グ検出器２２は、気筒内に設けられており、ノツ
キングを検出するとノツキング信号Ｓ１を出力す
る。上記制御回路２１は、このノツキング信号Ｓ
１を受けたとき、上記励磁信号Ｄ１を後に詳細に
説明するように補正するようになつている。な
お、可変ピストン７の位置は、パワーピストン１
１の位置を検出するポジシヨンセンサ２３によつ
て検出されるようになつている。

次に第３図および第４図を参照して上記エンジ
ンＥの吸気装置１００について説明する。

この吸気装置１００は、吸気管部１０１、スロ
ツトル弁１０２ａを備えたキヤプレータ１０２お
よび吸気マニホルド１０３からなる。この吸気マ
ニホルド１０３は、エンジンＥの各気筒にそれぞ
れ別個に接続された吸気マニホルド部分１０３ａ
からなつている。この吸気マニホルド部分１０３
ａの燃焼室４の近傍部分の内部は、隔壁１０４に
よつて、通路面積が比較的小さく設定された１次
側吸気通路１０５ａと、通路面積が比較的大きく
設定された２次側吸気通路１０５ｂとに区画形成
されている。２次側吸気通路１０５ｂには、それ
ぞれ該通路１０５ｂを開閉する副スロツトル弁１
０６が配設されている。これらの副スロツトル弁
１０６は、共通のバルブシヤフト１０７に固着さ
れており、このバルブシヤフト１０７は、その長
手方向軸線のまわりに回転できるようになつてい
る。副スロツトル弁１０６は、このバルブシヤフ
ト１０７が回転するとき、同時に回転して吸気マ
ニホルド部分１０３ａの２次側吸気通路１０５ｂ
を開閉するようになつている。バルブシヤフト１
０７には、伝導機構１０８を介して電磁ソレノイ
ドであるアクチユエータ１０９が作動的に連結さ
れている。

このアクチユエータ１０９は、マイクロコンピ
ユータ等から構成される副スロツトル弁制御回路
１１０に接続され、この回路１１０からの励磁信
号Ｄ２を受け、この励磁信号Ｄ２に応じてバルブ
シヤフト１０７を回転させて、副スロツトル弁１
０６の開閉を制御するようになつている。副スロ
ツトル弁制御回路１１０の入力端には、エンジン
負荷を検出するため吸気管負圧を検出し、該負圧
に応じた負圧信号Ｓ２を出力する負圧センサ１１
１、および上記ポジシヨンセンサ２３の出力端に
接続されている。

なお、第４図中符号１１２は吸気ポートを、符
号１１３は排気ポートをそれぞれ示し、該吸気ポ
ート１１２には上記吸気マニホルド１０３が、排
気ポート１１３には排気マニホルド１１４が、そ
れぞれ接続されている。上記吸気ポート１１２お
よび排気ポート１１３には、それぞれ吸気バルブ
１１５および排気バルブ１１６が設けられてお
り、これらの吸気および排気バルブ１１５および
１１６は、動弁機構１１７によつてエンジンの回
転に同期してそれぞれ所定のタイミングで開閉さ
せられるようになつている。

次に第５図を参照して、上記制御回路２１およ
び副スロツトル弁制御回路１１０の詳細について
説明する。

まず、副スロツトル弁制御回路１１０について
説明すると、この副スロツトル弁制御回路１１０
は、副スロツトル弁１０６を開閉制御するための
副スロツトル弁開閉制御データDs（第６図参照）
を発生する副スロツトル弁開閉制御データ発生器
１４０を有している。この副スロツトル弁開閉制
御データDsは、本出願人の出願中の特許出願中
にも詳細に説明されているように、燃料消費率を
最小とすることのできる副スロツトル弁開度と吸
気負圧の関係を示すものである。上記データは、
本出願の発明者等の実験結果によるものであり、
吸気負圧−520mmHg以上のアイドル運転を含むエ
ンジンの極低負荷には、含スロツトル弁を全開
（0゜）に維持することによつて燃料消費率を最小
とすることができるとともに、最も頻繁に使用さ
れる吸気負圧−520〜−150mmHgの範囲のエンジ
ンの低中負荷運転時には、副スロツトル弁を例え
ば20度程度の比較的低い開度に一定に保持するこ
とにより、この運転域における燃料消費率を最小
にできることを示している。

上記データ発生器１４０の入力端には、上記負
圧センサ１１１の出力端が接続されており、該デ
ータ発生器１４０は、負圧センサ１１１からの負
圧信号Ｓ２を受け、この負圧信号Ｓ２を上記デー
タDsに照し、該負圧信号Ｓ２に応じた副スロツ
トル弁開度を読み出し、この副スロツトル弁開度
を示す開度信号を出力する。データ発生器１４０
の出力端には、駆動回路１４１が接続されてお
り、この駆動回路１４１は、上記開度信号を受け
て、この信号に応じた励磁信号Ｄ２をアクチユエ
ータ１０９に出力する。アクチユエータ１０９
は、この励磁信号Ｄ２に応じて作動して、負荷に
応じた開度に副スロツトル弁１０６の開度を調節
し、これによつて燃焼室４内に望ましい吸気のス
ワールを得る。なお、後に説明する目的のため、
上記駆動回路１４１とアクチユエータ１０９の間
には減算器１４２が設けられている。

一方、制御回路２１は、第７図に示すようなス
ロツトル開度、エンジン回転数についての圧縮比
−スロツトル開度特性を示すデータを記憶した関
数電圧発生器１４３を有している。この関数電圧
発生器１４３の一方の入力端には、スロツトル開
度を検出して、スロツトル開度信号Ｓ３を出力す
るスロツトル開度センサ１４４が、また他方の入
力端には、エンジン回転数を検出して、エンジン
回転数信号Ｓ４を出力するエンジン回転数センサ
１４５が、それぞれ接続されている。関数電圧発
生器１４３は、上記スロツトル開度信号Ｓ３およ
びエンジン回転数信号Ｓ４を入力し、まずエンジ
ン回転数信号Ｓ４に示されたエンジン回転数に応
じた圧縮比−スロツトル開度特性線を読み出し、
この読み出した圧縮比−スロツトル特性にスロツ
トル開度信号Ｓ３を照し、この信号Ｓ３に応じた
圧縮比を読み出す。そして、この圧縮比に対応す
る可変ピストン７の位置に関する設定ポジシヨン
信号Ｓ６を出力する。

この関数電圧発生器１４３の出力端は、加算器
１４６の一方の入力端に接続されており、この加
算器１４６の他方の入力端には、第１設定電圧Ｖ
１を発生する第１設定電圧発生器１４７の出力端
が接続されている。この第１設定電圧発生器１４
７の入力端には、ノツキング検出器２１の出力端
が接続されている。このノツキング検出器２２
は、例えば第５図に示されているようにエンジン
の振動を検出する振動センサ２２ａと、この振動
センサ２２ａからの出力信号に基づきノツキング
の発生を判定するノツク判定器２２ｂとからな
り、ノツキングが発生していると判定したとき、
上記ノツキング信号Ｓ１を出力する。上記第１設
定電圧発生器１４７は、上記ノツキング信号Ｓ１
を受けたとき、上記第１設定電圧Ｖ１を発生す
る。

加算器１４６は、上記設定ポジシヨン信号Ｓ６
と第１設定電圧Ｖ１とを加算し、それを出力す
る。この加算器１４６の出力端は、演算増幅器２
００の一方の入力端に接続されており、この演算
増幅器１４７の他方の入力端にはポジシヨンセン
サ２３の出力端が接続されている。このポジシヨ
ンセンサ２３は、上記したようにパワーピストン
１１の位置を検出することによつてピストン７の
位置を検出し、ポジシヨン信号Ｓ５を出力するよ
うになつている。上記演算増幅器２００は、該ポ
ジシヨン信号Ｓ５と上記加算器１４６の出力信号
を比較し、その差信号を出力する。この演算増幅
器２００の出力端は、アクチユエータ２０を作動
するための駆動回路１４８に接続されており、こ
の駆動回路１４８は、上記演算増幅器２００から
差信号を受け、この差信号に応じた励磁信号Ｄ１
をアクチユエータ２０に出力する。このアクチユ
エータ２０は、この励磁信号Ｄ１を受けて作動
し、切換弁１４のスプール１８の位置を調節し
て、シリンダ１０への作動油の供給を制御し、こ
れによつてピストン７の位置を調節する。以上に
より、室８の容積を調節して圧縮比の制御を行な
う。

以上の圧縮比制御によれば、ノツキング発生時
に第１設定電圧発生器１４７が発生する第１設定
電圧Ｖ１を関数電圧発生器１４３からの出力信号
Ｓ６に加えて、この加算された信号によつてアク
チユエータ２０を制御し、これによつて室８容積
を更に拡張して圧縮比を下げ、ノツキングを回避
できる。このように圧縮比を下げた場合には、第
１図の特性線図に示されているように、ノツキン
グを発生させることなくスワールを強めることが
できる。

そこで本発明の副スロツトル弁制御回路１１０
には、スワール補正回路１４９が設けられてい
る。このスワール補正回路１４９は、上記ポジシ
ヨンセンサ２３の出力端に一方の入力端が接続さ
れた比較器１５０を有している。この比較器１５
０は、その他方の入力端に基準電圧発生器１５１
が接続されており、上記ポジシヨンセンサ２３か
らのポジシヨン信号Ｓ５と、基準電圧発生器１５
１が発生する電圧Vrとを比較し、信号Ｓ５が電
圧Vrより小さいとき、すなわちピストン７が所
定値以上上昇し、圧縮比が所定値以上となつたと
き、Hi信号を出力するようになつている。比較
器１５０の出力端には、この比較器１５０から
Hi信号を受けたとき、第２設定電圧Ｖ２を発生
する第２設定電圧発生器１５２が接続されてい
る。この第２設定電圧発生器１５２の出力端は、
上記減算器１４２の他方の入力端に接続されてい
る。

スワール補正回路１４９は、以上のような構成
を有し、比較器１５０によつて圧縮比が所定値以
上に下つたことを検出したとき、減算器１４２に
よつて駆動回路１４１からの励磁信号Ｄ２から第
２設定電圧Ｖ２を減算し、このＤ２−Ｖ２値の信
号によつてアクチユエータ１０９を作動させる。
これによつて、副スロツトル弁開度を第６図に実
線で示した通常の値よりも下げ、１点鎖線で示し
たような値とし、その結果スワールを強めて、第
１図に示した要求スワール−圧縮比特性に近づ
け、良好な燃焼特性を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ノツク限界からの圧縮比に対するス
ワールの要求特性を示すグラフ、第２図は、本発
明の吸気装置が装着される可変圧縮エンジンの１
例を示す概略図、第３図は、本発明の実施例によ
る吸気装置の概略図、第４図は、第３図の線−
に沿う断面図、第５図は、圧縮比を制御するた
めの制御回路と副スロツトル弁制御回路の具体的
な電気回路を示す回路図、第６図は、副スロツト
ル弁開閉制御データを示すグラフ、第７図は、圧
縮比−スロツトル開度特性を示すグラフである。 Ｅ……エンジン、４……燃焼室、５……燃焼室
容積可変装置、２１……制御回路、２２……ノツ
キング検出器、２３……ポジシヨンセンサ、１０
６……副スロツトル弁、１１０……副スロツトル
弁制御回路、１４９……スワール補正回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ノツキング検出器と燃焼室容積可変装置とを
   備え、該ノツキング検出器によりノツキングの発
   生を検出したとき、前記燃焼室容積可変装置によ
   り燃焼室容積が拡張され、これにより圧縮比が低
   下させられる可変圧縮比エンジンの吸気装置にお
   いて、エンジンの運転状態に応じて気筒に吸入さ
   れる吸気のスワールを制御する吸気スワール制御
   装置と、圧縮比を検出する圧縮比検出装置と、該
   圧縮比検出装置の検出信号を受け、この検出信号
   によつて示される圧縮比が所定値以上低下したと
   き、前記吸気スワール制御装置により制御される
   吸気のスワールを強める方向に補正する補正装置
   とを設けたことを特徴とする可変圧縮比エンジン
   の吸気装置。