JPS6176719A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

エンジンの吸気装置

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JPS6176719A
JPS6176719A JP59199967A JP19996784A JPS6176719A JP S6176719 A JPS6176719 A JP S6176719A JP 59199967 A JP59199967 A JP 59199967A JP 19996784 A JP19996784 A JP 19996784A JP S6176719 A JPS6176719 A JP S6176719A
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JP
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intake
engine
vibrator
pressure
timing
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JP59199967A
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Asao Tadokoro
朝雄 田所
Haruo Okimoto
沖本 晴男
Seiji Tajima
誠司 田島
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B27/00Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues
    • F02B27/001Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues the system having electrically controlled acoustic pulse generating devices, e.g. loudspeakers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B27/00Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues
    • F02B27/02Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues the systems having variable, i.e. adjustable, cross-sectional areas, chambers of variable volume, or like variable means
    • F02B27/0205Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues the systems having variable, i.e. adjustable, cross-sectional areas, chambers of variable volume, or like variable means characterised by the charging effect
    • F02B27/0215Oscillating pipe charging, i.e. variable intake pipe length charging
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B27/02Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues the systems having variable, i.e. adjustable, cross-sectional areas, chambers of variable volume, or like variable means
    • F02B27/0294Actuators or controllers therefor; Diagnosis; Calibration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/02Other fluid-dynamic features of induction systems for improving quantity of charge
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)

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) この発明は、吸気ポートを介して燃焼室に開口する吸気
通路内に圧縮波を発生する加振器を設け、これにより充
填効率を高めるエンジンの吸気装置に関する。
(従来技術) エンジンにおいては、その吸気装置として、エンジンの
運転状態に応答して共鳴室内の空気の圧力振動周波数を
変更できるようにした慣性過給装置を採用したものがあ
る。この方式は、たとえば、実開昭58−14425号
公報に開示されている。
この場合の慣性過給装置は、エンジンの運転状態を、エ
ンジンの回転数と負荷(またはエンジンの温度)に応じ
て検知するものであるが、それに応じて作動する加振器
をエンジン作動行程のどのタイミングで加振するかにつ
いてはなんら開示されていない。したがって、吸気充填
効率を常に効果的に高めるまでには至らなかった。
(発明の目的) この発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、
吸気の充填効率をより効果的に高めることを目的とする
(発明の構成) 上記目的を達成するためのこの発明の構成を第1図に示
す。
つまり、第1図に示すように、燃焼室5に吸気ポート9
を介して開口する吸気通路11内に圧縮波を発生する加
振器19を設け、上記吸気ボート9の閉時期を検出する
検出手段と、上記検出手段からの出力信号を受け、吸気
ボート9の閉じる所定時flFI前に上記加振器19を
作動させ、閉直前の吸気ボート9に圧縮波を伝播させる
制御手段24とを設けることにより、燃焼室5内の圧力
が高まり始める吸気ボート閉止開始点の直前をとらえて
、吸気通路11を通して圧縮波を作用させることにより
、すでに吸い込んだ吸気を逆流させることなく、高い圧
力で多量に導入させるようにしである。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。
第2図は第1実施例に係り、1はシリンダで。
その下部にクランクケース2を有する。上記シリンダ1
には、ピストン3が、また、クランクケース2には、ク
ランクシャフト4が設けられている。一方、シリンダl
の上部には、燃焼室5が形成されるとともに、排気ポー
ト6を開閉自在とする排気バルブ7を有する排気通路8
が接続されるとともに、吸気ボート9に吸気バルブ10
を有する吸気通路11が接続されている。
上記吸気通路11は、:51段階としての第1吸気通路
12と、つぎの第2段階としての第2吸気通路13とを
有する。
上記第1吸気通路12には、エアクリーナ14と、その
下流側近傍に配置されたエアフローメータ15、ならび
に、下流側終端近くに配置したスロットルバルブ16と
が設けられている。
一方、第2吸気通路13には、インジェクタ17が設け
られている。
こうした第1、第2両吸気通路12.13間には、サー
ジタンク18が設けられ、このサージタンク18を、こ
こで加振室としである。
このサージタンク18の一側部には、加振器19が設け
られ、この加振器19は、加振器ボディ20内にソレノ
イド21を設けるとともに、このソレノイド21によっ
て往復運動する加振板22を加振ダイアフラム23の裏
面に取り付けることによって構成されている。
一方、24は制御回路で、エアフローメータ15での吸
気流量を入力する吸気流量信号25と、吸気温度センサ
26で検知した吸気温度として入力する吸気温度信号2
7と、スロットバルブ16の開度をスロットル開度セン
サ29を通して入力するスロットル開度信号30がそれ
ぞれ入力されるとともに、クランク角センサ31により
クランク角信号32が入力される。
こうした入力に対し制御回路24からは、インジェクタ
17への燃料制御信号33と、加振器19への加振器作
動信号34とがそれぞれ出力される。
ここにおいて、吸気流量信号25は、燃料制御専用とし
て入力され、また、吸気温度信号27とスロットル開度
信号30、および、クランク角信号32は、上記燃料制
御に併用される。
′一方、クランク角信号32は、加振タイミングを設定
するために、クランク角はもとよりエンジン回転数を、
また、吸気温度信号27は、後述する加振器19の圧力
伝播時間Tを演算するためのものとしても入力される。
ここにおいて、上記クランク角信号32は、たとえば、
エンジンのフライホイール(図示省略)の外周に設けた
パルサに対向するクランク角センサ31から発信され、
これにより、制御回路24に入力されたクランク角信号
32は、位相および回転数の検出回路(図示省略)に供
給されて、後述する加振タイミング設定のために利用さ
れる。
この場合、ディストリビュータその他からの信号を用い
てもよい。なお、42はEGRのためのバイパス通路、
43はブローバイガス通路である。
つぎに、第3図に示すフローチャートにもとづいて第2
図の加振器19の制御について説明する。
ここでステップP1において、エンジンの運転状態を検
出する。
この場合、上記第2図のスロットル開度信号30による
スロットル開度とクランク角センサ31からのクランク
角信号32によるエンジン回転数とを算出する。
つぎにステップP2において、加振器19を作動させる
回転数ゾーンであるか否かが上記により判別される。こ
の場合の加振器19を作動させる回転数ゾーンは、第4
図に一例として示されている。つまり、第4図は、エン
ジン回転数に対する回転トルク曲線で、ここにおいて、
ZlおよびZ2が加振器作動ゾーンであり、この加振器
作動ゾーンは、回転トルクが一時的に下がる中間の特定
領域Zlと、スロットル開度が全開状態となるその手前
の近傍領域Z2としである。
ここで、エンジンが加振器作動ゾーンZlまたはZ2に
ある(YES)ときには、ステップP3に、一方、そう
でない場合(No)にはリターンされる。
上記ステップP3では、吸気温度tと吸気流量Qが制御
回路24に読み込まれ、また、つぎのステップP4では
、圧力伝播時間Tが算出される。
この場合の圧力伝播時間Tは、L/(a+u)で表わさ
れ、ここにおいて、Lは加振器19から吸気ポート9ま
での長さ、aは吸気温度tに関連する音速、Uは吸気流
速を表わす。このように表わされる圧力伝播時間T=L
/(a十u)は、吸気流速Uが音速aに比較して極めて
小さいことから、TζL/ao(ao:平均温度におけ
る音速)として計算してもよい。
このようにしてTζL / a oが求められたのち、
つぎのステップP5に移る。このステップP5では、上
記圧力伝播時間TにもとづきΔθ、つまり、加振器19
からの圧縮波が吸気ポート9に伝播するまでに相当する
クランク角度分であり、このΔθは第5図(I)、(I
I)に示されている。
つまり、第5図(I)、(II )における横軸はクラ
ンク角であり、このクランク角に対し、第5図(El)
は加振器19に加えられる加振パルス信号Aを示し、ま
た、第5図(H)は、第2図の吸気バルブ10の開度曲
線を示しである。
この場合、第5図(IT)の0は、加振初めタイミング
に対応し、また、θOはこの加振によって圧縮波が第2
図の吸気ポート9に到達するタイミングをそれぞれクラ
ンク角度上において表わしたものである。さらに、第5
図(■)において、工0は吸気ポート開放開始点で、I
Cは吸気ボート閉止開始(開放終了)点を示す。ここで
、上記Δθ、つまり、伝播に要するクランク角は、θ0
−θで表わされ、このΔOはT/ω=T/(360x 
n / 60 ) = T / 6 X n (ω:角
速度、n:回転数)として表わされる。さらに、Δθは
、上記T=L/aoを一定値Cとしてみるとき、Δθ=
C/n(度)として表わされ、このことから回転数nに
よってΔθの値が大小に変動することを意味する。つま
り、回転l¥nが大きくなるにしたがってΔθは小さく
なる一方、回転数nが大きくなるにしたがってΔθは小
さくなる。
ここで、Δθ=00−〇の関係からhαα開開始点クラ
ンク角度θはθ=00−Δθとなる。
この0を予め設定したマツプに入れておき、第3図のス
テップP5においてθが算出される。
つぎに、実際のクランク角をステップP6で読み込むと
ともに、ステップP7において実際のクランク角が加振
開始点に対応するクランク角にあるか否かを判断する。
YESの場合は、加振開始点に対応しているので、ここ
でステップP8において第2図の加振器19を作動させ
る。
i3図においてNoの場合は、加振開始点に対応してい
ないので、再びクランク角の読み込みにもとづいて加振
開始点に対応しているか否かがチェックされ、YESの
場合に第2図の加振器19を作動させる。
こうしたフローチャートにもとづいて、加振器19が作
動するが、ここでは、その加振タイミングに特徴点があ
る。
つまり、第5T3!J(II)の吸気バルブ10による
吸気ポート9の閉(吸気ポート閉【ヒ開始点IC)直前
に加振器19から伝播した圧縮波が到達して、シリンダ
l内に作用させる点である。
これは、吸気ボート閉止開始点ICの直前付近は、エン
ジンが下死点を越えて、燃焼室5内の圧力が高くなり始
めているので、この吸気ポート閉止Bj4始点ICの直
前付近で吸気ボート9の圧力を高めると、吸気がシリン
ダ1から吸気通路11へ逆流することなく、タイミング
よく多量にシリンダl内に導入できることをねらったも
のである。
その平均的な加振のタイミングは、伝播した圧縮波のピ
ークが、吸気ボート閉止開始点ICと、クランク角度で
ICの50度手前の角度との間にくるようにするのが有
効に吸気を導入するうえでの一つの目安である。
第6図は、第2実施例に係る。
つまり、上記第1実施例では、吸気通路11における加
振器19からの吸気ボート9までの長さく伝播長さ)L
、音速a、および、吸気流速Uから圧力伝播時間Tを決
定し、該当する吸気通路llに適正であろうとされる閉
直前に圧縮波を付与するものとしたが、これでは、実際
に、適正タイミングで吸気ボート9に圧縮波が到達して
いるか舌かが明確でない。そこで、常にその適合するタ
イミングで圧縮波を作用させるため、吸気通路11の吸
気ボート9手前に圧力センサ35を設置するとともに、
それによる圧力検知信号を制御回路24にフィードバッ
クして、加振器19の加振開始タイミングを補正制御す
るように構成した。
その具体的な方法は、第7図のフローチャートに示され
ている。
つまり、ステップP2において、加振器作動ゾーン(第
4図)にあるか否かがチェックされ、加振器作動ゾーン
にない(No)場合、ステップP3でFLG4−0が指
令される一方、作動ゾーンにある(YES)とすれば、
ここで、まず、ステップP4において最初(第1回目)
の加振であるか否かがチェックされ、最初の加振である
場合は、補正制御の必要がないため、第3図と同様のフ
ローチャートにしたがってまず第1回目の加振が実行さ
れる。
ここでステップP4により第1回目である指令がなされ
、リターンにより、つぎの第2回目の実行に当っては、
第7図のステップP9からpHの補正制御チャートを実
行する。
つまり、ステップP9では、実際の吸気圧力ピーク時期
(クランク角でθII+)の検出が第6図の圧力センサ
35による圧力検知信号にもとづいて制御回路24にお
いて行なわれる。
上記ピーク時期θlは、吸気通路閉止開始点ICから手
前の所定のクランク角度範囲内にあれば、タイミングと
して適合した状態にあることを意味する。
すなわち、この適合範囲を外れて第8図のθ還1のよう
に、到達が早過ぎる(一点鎖線S)か、あるいは、θ1
2のように、遅すぎる(破線P)かをつぎのステップP
IOにおいてチェックする。ここにおいて、第8図に実
線Mで示すように、適正な範囲内に収まる伝播タイミン
グθaであると、第8図の加振パルスAを付勢しない場
合(Q)に比べ、必實時に効果的に吸気圧力を上昇させ
ることができるが、早過ぎるタイミングθmlで圧力が
伝播すると、適正タイミングθ0において吸気圧力を有
効に上昇させることができず。
同じことは、遅すぎるタイミング、たとえば、吸気ボー
ト閉止開始タイミングIC以降において圧力が伝播して
も、吸気ボートはすでに閉止されている関係から、なん
ら有効でない。
つまり、θ0を目標とする適正タイミング値(クランク
角)であるとすれば、実際の吸気圧力ピーク時期θmと
の間でその差10m−θo 1≦ε(@:許容誤差最大
値)の関係が成立するか否かをステップPLOにおいて
チェックする。ここにおいて、許容される範囲内(≦ε
)であれば、加振のタイミングとして適合しているので
、ステップP14で加振器19が作動される。一方、許
容されない範囲(≧ε)であれば、ステップPilにお
いて、その補正値0=θ−(0腸−0o)にもとづいた
適正なタイミングに補正制御されてのち、加振器19が
作動される。
なお、複数気筒を有するエンジンでは、上記圧力センサ
35を各気筒ごとに設置し、気筒ごとに圧力変動を検知
して、それぞれに適正なタイミングでもって加振が行な
われるように個別的に制御するのが好ましい。これによ
って気筒間の#iS給効果のばらつきが少なく抑えられ
る。これに関連して、たとえば、4気筒配列されたエン
ジンにおいては、一般に両端の第1気筒と第4気筒目が
、また、中1u1の第2気筒と第3気筒目がそれぞれ同
じ長さの吸気通路を有するが、この場合、同じ長さの吸
気通路を有する気筒グループごとに圧力モニタを行ない
、それぞれの気筒グループに応じた適正タイミングをも
って加振を行なうように設定することができる。
また、より高い吸気圧力により充填効率を高める他の実
施例として、たとえば、第9図に示す先行パルスA、を
付与する方法がある。
この方法においては、正規のタイミングで正規パルスA
による正圧波を付与することが前提となっているが、そ
れに先行して先行パルスA、を付与する。この先行パル
スA、の発生タイミングは、第9図(I)に示されてお
り、つまり、加振器19からの正圧波Fが吸気バルブ1
0で反射して、第9図(1’V)のように、負圧波−F
として加振器19に戻る(圧力伝播時間をTとすると、
加振器して約2Tで戻る)性質を利用し、その往復して
のち再び吸気ボート9方向に進行するパルス波を、上記
正規パルスAに重合した関係でマツチングさせる。
こうすることにより、第9図(II )に示すように、
吸気通路閉止開始点IC直前において先行パルスA1と
正規パルスAとが重複した状態となることにより、より
強い圧縮波によって効果的な吸気状態(曲線Z)が得ら
れる。
ここで、第9図(II )のXは加振パルスなしの場合
の吸気圧力の変動曲線、Yは正規パルスAのみによる場
合の吸気圧力の変動曲線を示し、また、alは先行パル
スA1による一次的な圧力上昇を呈す部分を示す。なお
、上記先行パルスA。
を二次先行パルスとし、さらに、その前段階で一次先行
パルスA2を付与すれば、より効果的な圧力上昇が得ら
れる。
一方、上記加振器19に与えられる往復的な振動のうち
、往方向の振動は、正圧波を発生させるのに対し、復方
向の振動は、負圧波を発生して有効に発生した正圧波に
よる効果を低下させるおそれがある。
その対策として、第1案は、第1O図(I)、(II)
のように、加振器19の復方向の作動を、供給電流の制
御によって緩徐に行なうようにしである。
第2案は、第11図(I)、(n)のように、加振板2
2の往(a出)方向への動作を保持したまま、復(後退
)方向への動作を、正圧波に影響を与えないタイミング
、つまり、吸気ボート閉止開始点IC以降に限定して行
なうものである。
このように制御することによって、吸気ボート閉止開始
点IC付近で正圧波が有効に作用したのちにおいて負圧
波が生じることにより、正圧波に影響が生じないように
することができる。
またこのことに関連して、第2図のように、加振板22
を介して加振ダイアフラム23を振動させると、とくに
、軽負荷時においては、加振ダイアフラム23の前後に
負圧による圧力差が生じやすいが、ここでは、サージタ
ンク18と振動室36とを圧力バランス用連通通路37
で連通させることにより、上記圧力差を軽減し、これに
より、加振器19の耐久性向上を図るように配慮してい
る。
したがって上記構成では、吸気ボート閉1ヒ開始点IC
直前において吸気に対し加振による圧縮波を付与するの
で、燃焼室5内の圧力が高くなりかかったところに、そ
れより高い圧縮波が吸気通路11側から作用し、そのた
め、吸気ボート9を通して圧力を高めることとなって、
吸気が、逆流することなく多量に導入される利点がある
なお、吸気バルブlOの開閉タイミングをエンジンの運
転状態に合わせて変更する可変IaM11を有するタイ
プに応用した場合には、上記可変制御と連動して加振タ
イミングを変更制御することはもちろんである。さらに
、第11図のように、高速用の短い吸気通路11Aと低
速用の長い吸気通路11Bとを有し、バルブ制御により
上記両通路lLA、IIBのいずれか一方を選択して、
低速時にトルクアップを図るようにしたタイプのエンジ
ノ、あるいは、第13図のように、並列の吸気通路11
A、IIBの一方にシャッタバルブ38を設け、低速時
には、その一方を、また、高速時には双方を通して吸気
を行なうタイプのエンジンに対してもこの発明を適用す
ることができる。ここにおいて、前者(第12図)の場
合には、吸気通路長ざLが、また、後者(第13図)の
場合は。
吸気流速Uが主として変動することから、圧力伝播時間
Tが変化するので、変動タイプのエンジンに対しては、
変動前後において加振のタイミングを変更制御する。さ
らに、この発明は、ロータリエンジンにも適用がある。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、燃焼室内の圧
力が高まり始める吸気ボート閉止開始点の直前をとらえ
て、吸気通路を通して圧縮波を作用させることにより、
すでに吸い込んだ吸気を逆流させることなく、高い圧力
で多量に吸気を導入させるようにしであるので、吸気の
充填効率をより効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の構成を示す概略構成図、第2図はこ
の発明の第1実施例を示すエンジン吸気装置の系統図、
第3図はその制御を実行するためのフローチャート、第
4図は加振器作動ゾーンを示すエンジンのトルク曲線、
第5図CI)は加振器に加えられるパルス電流波形図、
第5図(II )は吸気バルブの開度曲線図 、第6図
は圧力センサにより加振タイミングを補正制御する第2
¥施例を示す系統図、N47図はその補正制御を実行す
るためのフローチャート、第8図は圧力センナにより補
正制御をする場合の説明図、第9図(I)は先行パルス
により圧力上昇を図る他の一例を示すパルス電流波形図
、第9[1ffl(If)は先行パルスによる吸気圧力
の上昇状態を示す圧力変動曲線図、第9図(III)は
その吸気バルブ開度曲線図、第9図(EV)は先行パル
スによる正圧波と負圧波の発生状態を示す説明図、第1
0図(I)は加振パルスの制御例を示すパルス電流波形
図、第10図<U)はその吸気/ヘルプ開度曲線図、第
11図(I)は他の加振パルスの制御例を示すパルス電
流波形図、第11図(lはその吸気バルブ開度面!!図
、第1213Uは他の吸気方式に適用した場合の平面図
、第13図はシャッタバルブを有する並列型吸気通路方
式のエンジンに適用した場合の平面図である。 5・・・燃焼室、9・・・吸気ポート、11・・・吸気
通路、19・・・加振器、24・−・制御回路。 第2図 茅4.】 第5図 第61 t 第8図 第91因

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃焼室に吸気ポートを介して開口する吸気通路内
    に圧縮波を発生する加振器を設け、上記吸気ポートの閉
    時期を検出する検出手段と、上記検出手段からの出力信
    号を受け、吸気ポートの閉じる所定時間前に上記加振器
    を作動させ、閉直前の吸気ポートに圧縮波を伝播させる
    制御手段とを設けたことを特徴とするエンジンの吸気装
    置。
JP59199967A 1984-09-25 1984-09-25 エンジンの吸気装置 Pending JPS6176719A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59199967A JPS6176719A (ja) 1984-09-25 1984-09-25 エンジンの吸気装置

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