JPH0696976B2 - 内燃機関用ダイヤフラム機構駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関のダイヤフラム機構駆動装置に関す
る。

〔従来の技術〕

内燃機関の吸気管長を可変とするシステムとして、吸気
管長が３段で変化するように吸気制御弁を二つ設置し、
双方の吸気制御弁が閉とされる最長の吸気管長と、上流
側の吸気制御弁を開とし下流側の吸気制御弁を閉とする
中間の吸気管長と、双方の吸気制御弁が開とされる最短
の吸気管長とを切替え可能としたものが提案されてい
る。（例えば特開昭60-13920号参照） 〔発明が解決しようとする問題点〕 この従来の可変吸気管長システムでは、夫々の吸気制御
弁のためにダイヤフラム機構を設置し、夫々のダイヤフ
ラム機構を電磁弁である切替弁を介して負圧と大気圧と
の間で切替え、吸気制御弁の所望位置を得ていた。しか
しながら、この場合、ダイヤフラム機構のダイヤフラム
室を別々に負圧と大気圧とで切替えているため負圧必要
量が２倍となり、負圧タンクの容量が大きくなり又は従
来型の負圧タンクを２個設置する必要があり、狭いエン
ジン室への搭載上の制約となり問題点となる。

この発明は負圧タンクの容量を増すことなく、又は個数
を増加することなく２個のダイヤフラム機構を駆動する
ことができるダイヤフラム駆動装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の内燃機関用のダイヤフラム機構駆動装置によ
れば、エンジンの運転条件因子を制御する第１制御部材
と第２制御部材を夫々第１ダイヤフラム機構と第２ダイ
ヤフラム機構に連結し、 第１、第２ダイヤフラム機構は、夫々、ダイヤフラム
と、ダイヤフラムの片面に形成される圧力室と、ダイヤ
フラムを付勢するばねとよりなり、圧力室の圧力がばね
の強さになって決まる所定値より低いときはダイヤフラ
ムはばねに抗して引っ張られ、第１、第２制御部材は、
夫々、第１位置をとり、圧力室の圧力がばねの強さによ
って決まる所定値より高いときはダイヤフラムはばねに
よって押圧され第１、第２制御部材は、夫々、第２位置
をとり、 第１、第２ダイヤフラム機構への負圧源となる一つの負
圧タンクが内燃機構の吸気管の負圧取出ポートに接続さ
れ、 第１、第２ダイヤフラム機構の圧力を制御する３方切替
弁としての第１切替弁、第２切替弁が具備され、 第１切替弁は、その共通ポートが第１のダイヤフラム機
構の圧力室に接続される第１位置とその共通ポートが負
圧タンクに連通される第２位置との間で切り替えられ、 第２切替弁は、第２ダイヤフラム機構の圧力室に連通す
る共通ポートが第１切替弁の共通ポートと連通する第１
位置とその共通ポートが大気圧源に連通する第２位置と
で切替えられ、 第２切替弁を第１位置に維持しつつ第１切替弁を第１位
置と第２位置とで暫時交互に切り替えた後第１位置に維
持する第１制御手段と、第１切替弁を第１位置に維持し
つつ第２切替弁を一時的に第２位置にした後第１位置に
戻す第２制御手段とを具備し、 第１制御手段の作動により、第１、第２ダイヤフラム機
構の圧力室の圧力は前記所定値より幾分低くなり、ダイ
ヤフラムはそのばねに抗して引っ張られ、第１、第２制
御部材は、夫々、第１位置をとり、 前記第２制御手段の作動により、第１、第２ダイヤフラ
ム機構の圧力室の圧力は前記所定値より幾分高くなり、
ダイヤフラムはそのばねによって押圧され、第１、第２
制御部材は、夫々、第２位置をとるようにされることを
特徴とする。

〔作用〕

第１、第２ダイヤフラム機構を夫々第１位置とする場合
には、第１制御手段によって、第２切替弁を第１位置に
維持しつつ第１切替弁を第１位置と第２位置とで暫時交
互に切り替えたのち第１位置に維持する作動を行わせ
る。この作動により、第１、第２ダイヤフラム機構の圧
力室の圧力は前記所定値より幾分低くなり、ダイヤフラ
ムはそのばねに抗して引っ張られ、第１、第２制御部材
は、夫々、第１位置をとる。

第１、第２ダイヤフラム機構を夫々第２位置とする場合
には、第１切替弁を第１位置に維持しつつ第２切替弁を
一時的に第２位置にした後第１位置に戻す。この作動に
より、第１、第２ダイヤフラム機構の圧力室の圧力は前
記所定値より幾分高くなり、ダイヤフラムはそのばねに
よって押圧され、第１、第２制御部材は、夫々、第２位
置をとる 〔実施例〕 第１図において、10は６気筒のエンジン本体であり、各
気筒は吸気管12を介してサージタンク14に接続される。
サージタンク14は第１集合管16、第２集合管18に接続さ
れ、第１集合管16及び第２集合管18は共通管20に接続さ
れ、図示しないエアクリーナに至っている。第１集合管
16及び第２集合管18には吸気スロットル弁22及び24が設
けられ、共通の弁軸27は図示しないアクセルペダルに連
結される。

サージタンク14内に第１の制御部材としての第１の吸気
制御弁25が第１番目から第３番目までの気筒の吸気管12
と第４番目から第６番目までの吸気管12とを分離可能に
配置される。第１集合管16と第２集合管18とはスロット
ル弁22及び24の上流で連通管26によって相互に連通さ
れ、同連通管26内には第２の制御部材としての第２の吸
気制御弁28が設置される。第１の吸気制御弁25はレバー
30及びロッド32を介して第１ダイヤフラム機構34のダイ
ヤフラム34aに連結される。ダイヤフラム機構34はダイ
ヤフラム34aに加えてばね34b及び圧力室34cを備える。
一方第２の吸気制御弁28はレバー36及びロッド38を介し
て第２ダイヤフラム機構40のダイヤフラム40aに連結さ
れる。第２ダイヤフラム機構40はダイヤフラム40aに加
え、ばね40b及び圧力室40cを備える。

電磁式の第１切替弁42は３方弁であり共通ポート42aと
切替ポート42b及び42cを備え、切替ポート42bはパイプ4
4を介して第１ダイヤフラム機構の圧力室34cに連通され
る。切替ポート42cはパイプ46、負圧タンク48、チェッ
ク弁50及びパイプ52を介してサージタンク14の負圧取出
しポート54に連通される。電磁式の第２切替弁56は共通
ポート56aと切替ポート56b及び56cを備え、共通ポート5
6aは第２ダイヤフラム機構40の圧力室40cに連通され、
切替ポート56bは第１切替弁42の共通ポート42aに連通さ
れ、切替ポート56cは空気フィルタ58に連通される。

60は制御回路であり、第１切替弁42及び第２切替弁56を
機関運転条件に応じて駆動することで適切な吸気管長が
得られるように吸気制御弁25及び28を制御する。制御回
路60はマイクロコンピュータシステムとして構成され、
マイクロプロセシングユニット（MPU）60aと、メモリ60
bと、入力ポート60cと、出力ポート60dとより成る。入
力ポート60cには運転条件センサ、例えばエンジン回転
数センサ62及びスロットルセンサ63からの信号が入力さ
れる。一方出力ポート60dのポートａはワンショットマ
ルチバイブレータ60eを介して第１切替弁駆動用トラン
ジスタ64のベースに結線され、トランジスタ64のコレク
タ−エミッタ回路に第１切替弁42の駆動ソレノイドL42
が位置している。出力ポート60dのポートｂはワンショ
ットマルチバイブレータ60fを介して、一方ポートｃは
直接にORゲート60gの夫々の入力端子に接続される。OR
ゲート60gは第２切替弁駆動用トランジスタ66のベース
に結線され、トランジスタ66のコレクタ−エミッタ回路
に第２切替弁56の駆動ソレノイドL56が位置されてい
る。

次に第２図によって第１吸気制御弁25,第２吸気制御弁2
8の切替の設定を説明する。スロットル弁22の開度θが
大きい場合はエンジンの低回転域Ａ（Ｎ＜N₁）では双方
の吸気制御弁25,28が閉とされる。この場合ダイヤフラ
ム機構34,40の圧力室34c,40cの圧力はばね34b,40bによ
り惹起される上向きの力とバランスする下向きの負圧力
を発生させる圧力の所定値より僅か低くなり、ダイヤフ
ラム34a,40aに働く下向きの負圧力はばね34b,40bの上向
きの力に打ち勝ち、制御弁25,28は第１図の実線にて示
す閉位置（第１位置）に保持される。制御弁25,28が閉
となる結果吸気管長は第１集合管16と第２集合管18とが
合流する部分までとなり吸気管長最大となる。そのため
第２図のグラフに示すように低回転域Ａでトルクピーク
を持たせることができる。

エンジンの中回転数域Ｂ（N₁＜Ｎ＜N₂）では第１吸気制
御弁25は閉であるが第２吸気制御弁28は開とされる。こ
のとき第１ダイヤフラム機構34の圧力室34cは依然とし
て前記所定値より僅か低い状態を維持し、第１吸気制御
弁25は閉であるが、第２ダイヤフラム機構40の圧力室40
cに大気圧が導入され、圧力室40cの圧力は前記所定値よ
り僅か高くなり、ばね40bの上向きの力がダイヤフラム4
0aに働く下向きの負圧力に打ち勝ち、第２吸気制御弁28
は第１図の破線にて示す開位置（第２位置）をとる。こ
のとき、吸気管長は連通管26のところまでに短縮され、
中回転数域Ｂでトルクピークを持たせることができる。

エンジンの高回転数域Ｃ（Ｎ＞N₂）では圧力室34c,40c
に大気圧が導入され、双方のダイヤフラム機構34,40の
圧力室34c,40cの圧力は前記所定値より僅か高くなり、
ダイヤフラム34a,40aに加わる下向きの負圧力にばね34
b,40bによる上向きの力が打ち勝ち、吸気制御弁25,28は
想像線のように開位置（第２位置）をとる。そのため、
吸気管長は最短となり高回転数域Ｃでトルクピークを持
たせることができる。

またスロットル弁22の開度θが小さい領域では、エンジ
ンの回転数にかかわらず吸気制御弁25,28は共に開とさ
れ、高回転域Ｃと同一となる。これは、トルクが必要と
なるのはスロットル弁の開度が大きい領域のみであり、
かつ部分負荷域でのポンピング損失を抑え燃料消費率を
向上するためである。

次に第３図のフローチャートによって第１図の装置の動
作を説明する。このルーチンは一定時間毎に実行され
る。100のステップではスロットルセンサ63からの信号
によってスロットル弁22の開度が所定値ａより大きいか
否か判定される。全負荷域ではYesとなり101に進み、回
転数センサ62からの信号によって低回転数域（Ａ）か否
か判定される。Ａ域と判定されれば101より102のステッ
プに進み、フラグFB,FCがクリヤされる。104のステプで
はフラグFAが１か否か判定される。このフラグFAはエン
ジンがＡ域において運転されているとき１とされ：それ
以外の運転域のとき０とされる。FA＝０のとき（No）は
Ａ域以外の運転域からＡ域への切り替わり時点を示す。
次に106のステップに進み、カウンタｍを１とし、フラ
グFAを１とする。ここにカウンタｍは切替時における第
１切替弁のON−OFF回数の計測を行なうものである。

Ａ域に入ってから２回目以降のルーチンでは104より108
に進み、カウンタｍがインクリメントされる。110のス
テップではカウンタｍの値が所定値ｎに達しているか否
か判定される。ｎ未満の場合（No）は110より112に流
れ、出力ポート60dのａポートよりワンショツトマルチ
バイブレータ60eにトリガ信号が印加される。そのた
め、ワンショットマルチバイブレータ60eよりトランジ
タ64に所定の短い時間（第４図（ロ）のτ）だけ立ち上
がるパルス信号が出され、その立ち上がり時間だけトラ
ンジスタ64は駆動され、第１切替弁42のソレノイドはそ
の期間だけ通電され、この通電時は第１吸気制御弁42は
共通ポート42aが第２切替ポート42cに連通されるON位置
（第２位置）をとり、その期間τを経過すると通電は停
止され、共通ポート42aは第１切替ポート42bと通ずるOF
F位置（第１位置）をとる。また114のステップでは出力
ポート60dのｃポートよりLowレベル信号が出力され、第
２切替弁56は共通ポート56aが第１切替ポート56bと連通
するOFF位置（第１位置）を維持する。第１切替弁42が
ｎ回のON−OFFを繰り返すと、110のステップでYesの判
定になり112のステップはバイパスされる。以上のよう
に、Ａ域への切替え時には、第２切替弁56はOFF（56aと
56bとが連通する）に維持された上で、第１切替弁42は
ｎ回のON−OFFを繰り返し、最終的にはOFF位置（第１位
置）に維持される（第４図参照）。このような、ON−OF
Fの繰返しの過程で、サージタンク14に連通されるタン
ク48からの負圧は第１ダイヤフラム機構34の圧力室34c
と第２ダイヤフラム機構40の圧力室40cとに導入され、
ｎの適正な選定によって圧力室40cの圧力は所定値より
僅か低くなり、ダイヤフラム34a,40aをばね34b,40bに抗
して下向きに移動させることができる。その結果、第１
吸気制御弁25及び第２吸気制御弁28は閉となり、その結
果第２図で説明したように吸気管長が低回転数に適した
最大長となる。ステップ112,114の機能は本発明の第１
制御手段が達成する機能となる。

スロットル弁22の開度が大きい全負荷状態においてエン
ジン回転数がN₁を超えると中回転域（Ｂ域）となり、こ
のときは101のステップから116を介して118に進み、フ
ラグFA,FCがクリヤされる。120のステップではフラグFB
が１か否か判定される。このフラグFBはＢ域で運転され
ているときに１とされ、それ以外の運転域では０とされ
る。従って、Ｂ域への切り替わりでは120より122に流
れ、カウンタｍが１とされ、フラグFBが１とされる。２
回目以降ではFB＝１であることから120より124に流れｍ
はインクリメントされる。126のステップではカウンタ
ｍの値が所定値ｎ′に達しているか否か判定される。
ｎ′に達していないときは128に進みステップ112と同様
に出力ポート60dのａポートよりワンショットマルチバ
イブレータ60eにトリガ信号が出され、所定短時間τだ
け第１切替弁42がONされる。130では出力ポート60dのｃ
ポートにHigh信号が印加され、そのためORゲート60gはH
ighとなり、トランジスタ66はONとなり、第２切替弁56
の駆動ソレノイドL56は励磁され、同切替弁56はONとな
り圧力室40cはエアクリーナ58に連通される。

カウンタｍがｎ′を計測すると126より128をバイパスさ
れる。従って、第１切替弁42の繰返し的なON−OFFは
ｎ′回実行され、その後は共通ポート42aが第１切替ポ
ート42bに連通されるOFF位置に維持される。

以上より、第２切替弁56はその共通ポート56aが切替え
ポート56cに連通されたON位置に保持される。従って、
第１切替弁42のON−OFFの繰返しによってそのｎ′を適
切に選定することで第１ダイヤフラム機構34の圧力室34
cの圧力は所定値より僅か低くなり、ダイヤフラム34aは
ばね34bに抗して下方に変位され、第１吸気制御弁25は
閉鎖される。一方、第２切替弁56はONに保持されること
から、空気フィルタ58からの大気圧が第２ダイヤフラム
機構40の圧力室40cに印加され、ばね40bによってダイヤ
フラム40aは上方に押され、第２吸気制御弁28は想像線
のように開となる。そのため、中回転数に適した中間の
吸気管長が実現される。

スロットル弁22の開度が大きい全負荷状態においてエン
ジン回転数がN₂を超えたＣ域に入ると、116より132のス
テップに流れ、フラグFA,FBがクリヤされる。134ではＣ
域においてセットされるフラグFCが１か否か判定され
る。Ｃ域に切り替わった時点ではFC＝０であるから134
より136に進み、フラグFCがセットされ、138では出力ポ
ート60dのｂポートよりワンショットマルチバイブレー
タ60fにトリガ信号が印加される。そのため、トランジ
スタ66はその信号の立ち上がっている時間でけONとなり
その間第２切替弁56がONとなる。140のステップでは第
１切替弁42がOFFとされる。

以上の、132のステップ以降の作動はスロットル弁22の
開度θが所定値ａより小さい部分負荷運転時においても
同じである。即ち、100から132へのプログラムのフロー
が生じ、もし部分負荷状態への切り替わり時にはフラグ
FCがセットされていないため134から136へのフローとな
り、第２切替弁56は一回だけONからOFFへの切り替わり
を実行し、一方第１切替弁42はOFFを維持する。

このＣ域では第１切替弁42はポート42aとポート42bとが
連通するOFF状態に維持され、第２切替弁はポート56aと
56cとが連通するON状態からポート56aと56bとが連通す
るOFF状態に直ぐに切替えられる。そして、第２切替弁5
6が以前ONのとき圧力室40cに導入された大気圧が第２切
替弁56のOFF後にOFF位置にある第１切替弁42のポート42
a,42bを介して第１ダイヤフラム機構34の圧力室34cに導
入される。この場合、第２切替弁45は瞬間的にONされる
だけであることからダイヤフラム機構の圧力室34c,40c
内の圧力は大気圧より低い圧力となるが、その圧力によ
りダイヤフラム34a,40aに加わる下向きの力はばね34b,4
0bによる上向きの力（所定値）より僅かではあるが高く
なる。そのため、第１ダイヤフラム機構４及び第２ダイ
ヤフラム機構34はそのダイヤフラム34a,40aがばね34b,4
0bによって上方に押され、第１吸気制御弁25及び第２吸
気制御弁28はともに開となり、吸気管長が最短となり高
回転数域に適合され、またトルクの要らない部分負荷時
のポンピング損失を抑え、燃料消費率が向上される。ス
テップ138,140の機能は本発明の第２制御手段が達成す
る機能となる。

このＣ運転域からＡ又はＢ運転域に移行するとき第１ダ
イヤフラム機構34または第２ダイヤフラム機構40の圧力
室34c,40bに負圧が導入され、それがばね34b,40bに打ち
勝ったときダイヤフラム34a,40aは下降し第１吸気制御
弁25,第２吸気制御弁28の閉弁が実行される。この場
合、Ｃ運転域において圧力室34c,40cが完全には大気圧
でなく幾分負圧ではあるが、その圧力はばね34b,40bに
よりダイヤフラム34a,40aに上向きに加わる力にバラン
スさせる下向きの負圧力を発生させる所定値より僅か高
いだけであるため、この状態からばね34b,40bに抗して
ダイヤフラム34a,40aを下向きに移動せしめる圧力とす
るに必要となる負圧量が少なくてすむ。そのため、負圧
タンク48の容積を小さくすることができる。または、２
個設置することなく１個設置することで足りる。

以下の表は以上説明した吸気制御弁の作動を表によって
まとめたものである。

尚、切替弁42,56はONのとき励磁、OFFのとき消磁となっ
ているが、これは限定する意味でなく、反対でもよいこ
とは当然である。

〔発明の効果〕

この発明では吸気制御弁等のエンジン運転条件因子制御
手段を二つ具備し、夫々の制御手段を二つのダイヤフラ
ム機構で駆動するものにおいて、ダイヤフラム機構に大
気圧を導入して制御手段を動作させる際に、ダイヤフラ
ム機構内の圧力をばね34b,40bにより加わる力にバラン
スする負圧力を発生することができる圧力の値（所定
値）より僅か高いだけの圧力に保持することにより、次
にダイヤフラム機構に負圧を導入し制御手段を駆動する
ときにおける負圧の負担を少なくできる。そのため、負
圧タンク48の容積を縮小することが可能になり、エンジ
ン室の狭い空間への搭載上の制約を小さくすることがで
きる。

尚、実施例の説明は二つの吸気制御弁を備え、吸気制御
弁をエンジン運転条件に応じて選択的に駆動するダイヤ
フラム機構にこの発明を応用した場合についてされてい
るが、この発明はそれ以外でも、二つのエンジン運転状
態制御手段を有し、これらを夫々のダイヤフラム機構に
よって駆動する場合には等しく応用することができ、上
述の作用効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全体構成図。 第２図はこの発明により吸気管長をどのように選択制御
するかを説明する図。 第３図はこの発明の装置の動作を説明するフローチャー
ト図。 第４図はこの発明の装置の作動タイミング図。 25……第１吸気制御弁 28……第２吸気制御弁 34……第１ダイヤフラム機構 40……第２ダイヤフラム機構 42……第１切替弁 48……負圧タンク 56……第２切替弁 60……制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの運転条件因子を制御する第１制
   御部材と第２制御部材を夫々第１ダイヤフラム機構と第
   ２ダイヤフラム機構に連結し、 第１、第２ダイヤフラム機構は、夫々、ダイヤフラム
   と、ダイヤフラムの片面に形成される圧力室と、ダイヤ
   フラムを付勢するばねとよりなり、圧力室の圧力がばね
   の強さによって決まる所定値より低いときはダイヤフラ
   ムはばねに抗して引っ張られ、第１、第２制御部材は、
   夫々、第１位置をとり、圧力室の圧力がばねの強さによ
   って決まる所定値より高いときはダイヤフラムはばねに
   よって押圧され第１、第２制御部材は、夫々、第２位置
   をとり、 第１、第２ダイヤフラム機構への負圧源となる一つの負
   圧タンクが内燃機関の吸気管の負圧取出ポートに接続さ
   れ、 第１、第２ダイヤフラム機構の圧力を制御する３方切替
   弁としての第１切替弁、第２切替弁が具備され、 第１切替弁は、その共通ポートが第１のダイヤフラム機
   構の圧力室に接続される第１位置とその共通ポートが負
   圧タンクに連通される第２位置との間で切り替えられ、 第２切替弁は、第２ダイヤフラム機構の圧力室に連通す
   る共通ポートが第１切替弁の共通ポートと連通する第１
   位置とその共通ポートが大気圧源に連通する第２位置と
   で切替えられ、 第２切替弁を第１位置に維持しつつ第１切替弁を第１位
   置と第２位置とで暫時交互に切り替えた後第１位置に維
   持する第１制御手段と、第１切替弁を第１位置に維持し
   つつ第２切替弁を一時的に第２位置にした後第１位置に
   戻す第２制御手段とを具備し、 第１制御手段の作動により、第１、第２ダイヤフラム機
   構の圧力室の圧力は前記所定値より幾分低くなり、ダイ
   ヤフラムはそのばねに抗して引っ張られ、第１、第２制
   御部材は、夫々、第１位置をとり、 前記第２制御手段の作動により、第１、第２ダイヤフラ
   ム機構の圧力室の圧力は前記所定値より幾分高くなり、
   ダイヤフラムはそのばねによって押圧され、第１、第２
   制御部材は、夫々、第２位置をとるようにされることを
   特徴とする内燃機関のダイヤフラム機構駆動装置。