JPS61291721A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は吸気の動的効果によって充填効率の向上を図っ
た内燃機関の吸気装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、吸気通路内での吸気の慣性効果あるいは共鳴
効果を利用して吸気弁直前の圧力を高め、充填効率を向
上させるようにした内燃機関の吸気装置が種々知られて
いる。

例えば特開昭５７−１９５８５４号公報には、各気筒の
吸気通路の通路長を可変とし、機関回転速度に応じてそ
の通路長を制御することによって、広範な回転数領域で
同調状態つまり充填効率の向上効果を得られるようにし
た吸気装置が記載されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、前記公報に記載の装置にあっては、機関回転速
度に応じて予め定められた制′４Ｂｇｋだけアクチュエ
ータを駆動するという所謂オープンループ制御によって
処理されているので、製品毎の個体差を補正するために
個々に初期調整が必要であると共に、経時変化に対応す
ることができず、しかも吸気温度や排気温度の変化に対
処できないため、低温時や高温時には最適な制御が行え
ない。

このため、吸気弁近傍の圧力を検出する圧力センサを設
け、この圧力が吸気弁閉時期において最大となるように
周波数可変機構をフィードバック制御するものが本出願
人から提案されている（特願昭５９−１９８８６５号）
。

しかし、最近の可変パルプタイミング機構を備えた機関
では、吸気弁閉時期が運転条件によって変化するため、
吸気弁閉時期が常に固定であるとして前述のようにフィ
ードバック制御する構成となっているものでは、フィー
ドバック制御が必ずしも充分でない場合がある。

本発明は、このような問題点に鑑み、吸気弁閉時期の変
化に拘わらず常に最適な制御を行うことのできる内燃機
関の吸気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〉 本発明は、上記の目的を達成するため、第１図に示すよ
うに、吸気通路内の圧力振動周波数を変化させる周波数
可変機構Ａと、この周波数可変機構Ａを駆動する駆動機
構Ｂとを備える内燃機関の吸気装置において、吸気通路
の吸気弁近傍の圧力を検出する圧力検出手段Ｃと、吸気
弁の動きを検出する吸気弁動き検出手段りと、この手段
りの検出信号に基づいて吸気弁閉時期を検出する吸気弁
閉時期検出手段Ｅと、上記吸気弁閉時期において上記圧
力が最大となるように上記駆動機構Ｂを制御する制御手
段Ｆとを設けるようにしたものである。

く作用） すなわち、吸気弁の動きを検出し、この動きに基づいて
吸気弁閉時期を求め、この吸気弁閉時期において吸気弁
近傍の圧力が最大となるように駆動機構を介して周波数
可変機構をフィードバック制御することで、バルブタイ
ミング可変機関においても常に最適な状態に制御するこ
とができる。

（実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す機関吸気系の概略図で
ある。

第２図において、１は内燃機関、２は吸気弁、３は吸気
ボート、４は周波数可変機構を備えた可変吸気マニホー
ルドモある。

可変吸気マニホールド４は、第３図にも示すように、吸
気取入口５及び気筒数分の吸気ブランチ部６を有する箱
状の本体７内に固定隔壁８を設けて、＃１〜＃３気筒用
の吸気ブランチ部６と＃４〜＃５気筒用の吸気ブランチ
部６とを区画すると共に、固定隔壁８の上流側に気筒列
方向と平行に一対の可動仕切板９．１０を摺動可能に配
設し、かつ、これらの可動仕切板９，１０の下縁のラン
ク部９ａ、１０ａに駆動機構としてのステッピングモー
タ１１のピニオン１２を噛合わせた構成となっている。

したがって、ステッピングモータ１１が回転すると、可
動仕切板９．ｌＯが本体７の内壁に配設された溝に沿っ
て互いに逆方向に摺動し、吸気導入通路１３の実質的管
長ｌが伸縮して、共鳴周波数が変化する。尚、１４．１
５は夫々シール部材を示している。

ステッピングモータ１１はマイクロコンピュータ内蔵の
制御回路１６からの信号によって制御される。

１７はディストリビュータあるいはカムシャフト等に連
動し、クランクシャフトの回転角で１°毎のクランク単
位角信号及び上下死点信号を出力するクランク角センサ
であって、その信号は制御回路１６に入力される。

”　　１Ｂは吸気弁２近傍の圧力を検出する圧力検出手
段としての圧力センサであって、その信号は制御回路１
６に入力される。

１９は吸気弁２の傘部に超音波を入射させる超音波発振
器、２０は吸気弁２の傘部で反射された超音波を受信す
る超音波受信器で、これらは吸気ボート３壁部にネジ止
め又は接着剤により固着されている。２１は発振器１９
及び受信器２０のリード線、２２はリード線２１を固定
する゛ための端子、２３はリード線２１と吸気ボート３
内とをシールする接着剤である。ここで、超音波発振器
１９は制御回路１６により駆動回路２４を介して駆動さ
れ、超音波受信器２０からの信号は制御回路１６に入力
される。尚、超音波発振器１９及び受信器２０が吸気弁
２の動きを検出する吸気弁動き検出手段に相当する。

次に作用を説明する。

クランク角センサ１７は第４図に示すような上下死点信
号とクランク単位角信号とを出力する。

駆動回路２４は制御回路１６からの制御信号を受けて超
音波発振器１９を駆動する。そして、発振器１９は第５
図（イ）に示すような断続的な音波信号を発振する。こ
の音波信号は吸気弁２の傘部に当たって反射され、超音
波受信器２０によって受信される。

すると、受信器２０は第５図（＋７）に示すような受信
信号を出力する。

制御回路１６は発振器１９に入力した信号（第５図（イ
）と同じ）に対する受信器２０が受信した信号（第５図
（υ））の時間遅れΔＳ秒を各時刻１（１，，１！。

・・・）において検出する。このΔＳをクランク角１゜
毎に求められるように、制御回路１６はクランク角１°
毎に発振器１９が断続的音波信号を発振するように制御
する。そして、制御回路１６は各時刻ｔ　（’　ｌ＋　
’　ｔ＊・・・）における吸気弁２のリフトに対応する
信号１ｋ（１１−にΔＳｔ、には定数）を第６図（イ）
のように演算する。また、制御回路１６は吸気弁２のリ
フトがＯ＠ｍとなる特性のクランクタイミング（例えば
燃焼上死点）での吸気弁２のリフトに対応する信号１０
をクランク角センサ１７の出力と、吸気弁２のリフトに
対応する信号１１とから求め、１ｉ−１，の値がｌ１ｔ
−１，＞０から初めてｌ　ｔ−ｊ！０−Ｑとなるタイミ
ングを検出する。

このタイミングが吸気弁閉時期（第６図（ロ））である
。以上の吸気弁閉時期検出の処理手順をフローチャート
にて示すと１．第７図の如くとなる。この部分が超音波
発振器１９及び受信器２０などと共に吸気弁閉時期検出
手段に相当する。

さらに制御回路１６内で入力されたクランク角センサ１
７の出力とこの吸気弁閉時期信号（第６図（Ｕ））とか
ら第８図に示すような吸気弁閉時期信号を作り出す、こ
の中でパルス信号ａ、ｘａ、はそれぞれ吸気弁２の閉時
期のΔθ前のタイミング、閉時期のタイミング、閉時期
のΔθ後のタイミングを示すゆ尚、Δθは予め適宜に設
定されたクランク角である。

上記のパルス信号ａ、〜ａ、は圧力センサ１８からの出
力を読込むトリガ信号（第９図（ＩＩ＋）’）となるも
ので、第９図（イ）に示すような圧力センサ１８の出力
をＡ／Ｄ変換したデータが夫々のタイミングで第９図（
ハ）に示す圧力データＰ、、Ｐ□、Ｐ３として読込まれ
る。

上記の圧力データＰ、−Ｐｓは夫々−Δθ、閉時期、＋
Δθのタイミングにおける吸気弁２直前の圧力偵を示す
ので、これらの比較から圧力波形（第９図（イ））のピ
ークが閉時期に合致しているか否か、また遅れているか
進んでいるかを判別することができる。

第１０図のフローチャートはこの処理手順を示しおり、
Ｐ＋　＜Ｐｇ　＜ｐ、の場合は圧力波のピークが閉時期
より遅れた状態であって、振動周期が長すぎることを意
味するので、振動周期が短くなるようにステッピングモ
ータ１１を駆動する。つまり、ステッピングモータ１１
の現在位置をＸとすると、Ｘ−ΔＸとして、吸気導入通
路１３の実質的管長２を短くする。また、Ｐｔ　＞Ｐｇ
　＞Ｐｓの場合は圧力波のピークが閉時期より進んだ状
態であって、振動周期が短すぎることを意味するので、
振動周期が長くなるようにステッピングモータ１１を駆
動する。つまり、ステッピングモータ１１の現在位置を
Ｘとすると、Ｘ＋ΔＸとして、吸気導入通路１３の実質
的管長ｌを長（する、また、ｐ、＜ｐ、＞Ｐ３の場合は
圧力波のピークが閉時期に合致しているので、Ｘをその
まま維持する。また、Ｐｌ　〉ｐｚ＜ｐ、の場合は圧力
波の谷が閉時期に来ている状態であるから、谷の両側の
傾きとなるＰ、−Ｐ２とＰｓ−Ｐｇとを比較し、傾きの
大きい側にΔＸ移動させる。この部分が制御手段に相当
する。

従って、このような処理によって、吸気弁閉時期を求め
て制御するので、可変バルブタイミング機関においても
、常に吸気弁閉時期において吸気弁２の直前の圧力が高
くなった状態に制御することができ、吸気の動的効果を
最も有効に利用して充填効率の向上が図れる。

次に吸気弁閉時期を検出するために吸気弁の動きを検出
する吸気弁動き検出手段についての他の実施例を説明す
る。

第１１図に示す実施例は、吸気弁２の動きを検出するた
めに、吸気ボート３内に電磁ピックアップ３１を設けた
ものである。３２は電磁ピックアップ３１の出力線、３
３は止め金、３４は吸気ボート３内から引出す出力線３
２と吸気ボート３内をシールする接着剤、３５は電磁ピ
ックアップ３１の出力信号から吸気弁閉時期に対応する
タイミングを検出するための検出回路である。

吸気弁２のリフト特性が第１２図（イ）の場合に電磁ピ
ックアップ３１の出力信号は第１２図（Ｅｌ）のように
なり、検出回路３５はこの信号波形から吸気弁閉時期に
対応する信号を第１２図（八）のように出力する。この
儲）の信号を基に、制御回路１６は第８図に示したよう
な信号を作り出し、以下前述の実施例と同様な制御を行
う。

第１３図に示す実施例は、第１１図に示した実施例の変
形態様であって、電磁ビックアンプ３１本体を吸気ボー
ト３の内壁に埋込んで、吸気の流入抵抗を第１１図の場
合よりも少なくなるように改善したものである。３１ａ
は電磁ピンクアップ３１の永久磁石であり、本体から突
出させて曲げ、吸気弁２の近くまで長くのばしである。

第１４図に示す実施例は、吸気弁２の動きを検出するた
めに吸気弁バネ４１にかかる荷重の変化を検出するよう
にしたものである。４２は吸気弁バネ４１の荷重を検出
する荷重センサであって、例えばピエゾ効果を利用した
圧電素子からなり、吸気弁バネシート部に取付けである
。４３は弁座金、４４は弁バネリテーナである。

荷重センサ４２の出力は第１５図（イ）に示すように吸
気弁リフトと相似形の波形となる。この出力信号を基に
、制御回路１６内で第１５図（ロ）のような吸気弁閉時
期に対応する信号を作り出す、そして、これにより第８
図のような信号を作り出し、以下前述の実施例と同様な
制御を行う。

（発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、吸気弁の動きを検
出し、この信号に基づいて吸気弁閉時期を求め、この吸
気弁閉時期において吸気弁直前の圧力が最大となるよう
にフィードバック制御する構成としたため、可変バルブ
タイミング機関においても常に吸気弁閉時期において吸
気弁の直前の圧力が高くなった状態に制御することがで
き、吸気の動的効果を利用して充填効率の向上を図るこ
とができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示す構成図、第３図は第２図の■−
■断面図、第４図はクランク角センサの出力信号を示す
図、第５図は超音波発振器及び受信器の出力信号を示す
図、第６図は吸気弁リフトに対応する信号を示す図、第
７図は吸気弁閉時期検出の処理手順を示すフローチャー
ト、第の処理手順を示す図、第１１図は他の実施例を示
す構成図、第１２図は第１１図の実施例の場合の吸気弁
リフトに対応する信号を示す図、第１３図は第１１図の
実施例の変形態様を示す構成図、第１４図はさらに他の
実施例を示す構成図、第１５図は第１４図の実施例の場
合の吸気弁リフトに対応する信号を示す図である。 １・・・内燃機関　　２・・・吸気弁　　４・・・可変
吸気マニホールド　　８・・・固定隔壁　　９，１ｏ・
・・可変仕切板　　１１・・・ステッピングモータ　　
１６・・・制御回路　　１８・・・圧力センサ　　１９
・・・超音波発振器２０・・・超音波受信器　　３１・
・・電磁ピックアップ４１・・・吸気弁バネ　　４２・
・・荷重センサ特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第１図 第２図 Ｉｒ３図 第４図 ＴＤＣＢＤＣＴＤＣＢＤＣＴＤＣ 第５図 第６１Ａ （ロ）　　ローＬ】（４ｆ　聞峙莢月イ言舌ＴＤＣＢＤ
Ｃ 第７図 第８図 第９図 ＴＤＣＢＤＣＴＤＣＢＤＣＴＤＣ 第１０図　゛ 第１１５１１ １゜ 第１２囚 （″）検１０”ＴＤＣＢＤＣＴＤＣＢＤＣＴＤＣ出カイ
＄　　１ 第１３図 １ｂ 第１５図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気通路内の圧力振動周波数を変化させる周波数可変機
   構と、この周波数可変機構の駆動機構とを備える内燃機
   関の吸気装置において、吸気通路の吸気弁近傍の圧力を
   検出する圧力検出手段と、吸気弁の動きを検出する吸気
   弁動き検出手段と、この吸気弁動き検出手段の検出信号
   に基づいて吸気弁閉時期を検出する吸気弁閉時期検出手
   段と、上記吸気弁閉時期において上記圧力が最大となる
   ように上記駆動機構を制御する制御手段とを備えてなる
   内燃機関の吸気装置。