JPS6291622A - 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、内燃機関の吸気装置に関し、特に高負荷時、
共鳴過給を有効利用しつつ、共鳴点を超える回転速度ｔ
Ｒ域での出力低下を可及的に防止できるようにした吸気
装置に関する。

（従来の技術） 従来の共鳴過給を利用した内燃機関の吸気装置としては
、例えば第６図に示すようなものがある（実開昭５７−
９２０２１号参照）。

図に基づいてａ！！要を説明すると、６気筒内燃機閲３
１に装着された吸気マニホールド３２の集合部３２Ａ内
には、吸気弁開時期がオーバラップしない２つの気筒群
Ａ、Ｂ　（＃１．＃２．＃３気筒からなる第１気筒群及
び＃４．＃５．＃６気筒からなる第２気筒群）に夫々連
通する２つの空間に仕切る部分を開閉する通路切換弁３
３を設けている。

前記集合部３２Ａ内の切換弁３３両側の２つの空間＼　
ｆ ３２ｍ、３２ｂの上流側には、夫々仕切壁３４で仕切ら
れた２つの共鳴形吸気通路３５．３６が接続されている
。

そして、高負荷運転時は、前記通路切換弁３３を閉じて
雨空間３２ａ、３２ｂ相互を遮断し、各空間３２ａ、３
２ｂで吸気行程時に生じる吸気圧力振動の圧力波が共鳴
形吸気ｉｌｌ路３５．３６を上流側へ伝播し、各上流開
口端で反射して空間３２ａ、３２ｂ内で１ｉｉＩ記吸気
圧力振動の圧力波と合成されて合成波が形成される。こ
の合成波の最大圧力部分が吸気弁３７の閉弁時朋に吸気
弁３７部分に到達すると、吸気行程の終わり近くで高圧
の吸気が燃焼室内に押し込まれるので、充填効率が向上
し、出力が向上できる。

これが共鳴過給と称されるものである。

前記以外の低・中負荷運転時は、通路切換弁３３を開き
、集合部３２Ａ内での吸気圧力振動を減衰させてボンピ
ング損失による出力低下、燃費の悪化を防止するように
している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来の内燃機関の吸気装置に
あっては、高負荷運転時には第７図に示すように、共鳴
過給の共鳴点に相当する機関回転速度より高い回転速度
領域の共鳴域では通路切換弁３３を全開とするよりは全
閉にする方が、出力は大であるものの共鳴点の出力値か
らの低下の度合が大きくなるため、加速時に息つきを起
こし、運転性が悪化するという問題を生じていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、吸気マニホールドの集合部に設けた制御弁の制御方
式の変更により、機関高負荷時の共鳴点以降の吸気充填
効率の低下を抑制し、可及的に出力向上を図れるように
した内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

（間離点を解決するための手段） このため、本発明は、吸気マニホールドの集合部内を吸
気弁開時期がオーバラツブしない気筒群に連通ずる複数
の空間毎に仕切り可能な部分に、その開度に応じて前記
複数の空間の連通度を制御する制御弁を設けると共に、
前記集合部内の各空間とその上流側に接続された吸気通
路とで形成される各気筒群毎の吸気系に生じる吸気圧力
振動の共鳴点に対応する機関回転速度及び機関負荷を検
出し、機関ｉＡｉ負荷時、前記共鳴点に対応する機関回
転速度以下の回転速度領域では前記側でｎ弁を閉状態に
保持し、それを上回る回転速度領域では前記複数の空間
に生じる互いに逆位相の吸気圧力波を干渉させて負圧部
分を減少させるように制御弁の開度を連続的に変化させ
て制御する弁開度制御′８手段を設けた構成とする。

く作用） かかる構成により、高負荷時の共鳴過給の共鳴点付近に
達する回転速度までの運転領域では、共鳴過給効果を最
大限に利用した吸気が行われ、それ以上の回転速度領域
では制御弁の開度制御により複数の空間で生じる吸気圧
力振動の逆位相の圧力波を干渉させて圧力波の負圧部分
を減少させ、もってボンピング損失による出力低下が可
及的に抑制されて、常に最良の出力特性を確保できる。

（実施例〉 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１の実施例を示す第１図において、６気箭機関１の各
気筒の吸気ボートに連通して吸気マニホールド２が接続
され、該吸気マニホールド２の集合部２１内には＃１、
＃２．＃３気筒からなる第１気箭群に連通ずる図中左側
の空間２１Ａと、＃４゜＃５．ａｓｍ筒からなる第２気
筒群に連通ずる空間２１Ｂとを連通・遮断自由な制′４
１弁３が中心部に装着されている。

前記２つの空間２１Ａ、２１Ｂの上流側には、夫々共鳴
形吸気道路４．５が接続されており、各上流端にはサー
ジタンク６が接続されている。

サージタンク６の上ｔ！：、端に接続される吸気通路７
には、絞り弁８が介装されている。

また、集合部２１内の吸気圧力を検出する第１圧カセン
サ１０と、サージタンク６内の吸気圧力を検出する第２
圧カセンサ１１とが設けられると共に、絞り弁８上流の
吸気通路７には、吸気温度を検出する温度センサ１２が
設けられる。また、機関回転速度を検出する回転速度セ
ンサ１３及び機関負荷を検出するアクセル開度センサ１
６も設けられる。これらセンサからの各検出信号はコン
トロールユニット１４に入力される。

コントロールユニット１４は、前記各検出１８号に基づ
いて得られる運転状態に応じて制御弁３を駆動するアク
チェエータ１５に制？ｉｉ信号を出力し、これにより制
御弁３はコントロールユニット１４により設定された開
度に制御される。尚、上記各センサ１０．１１．１２．
１３．１６．　　コントロールユニット１４゜アクチュ
エータ１５により弁開度制御手段を形成している。

Ｊｌ的には、コントロールユニット１４ハ、？Ｊ２図に
及び第３図に示す各回路４１１１能を備える。

第２図は、高負荷時の共鳴点以下の機関回転速度領域に
おける制御回路機能を示す、共鳴点検索手段１４Ａは、
温度センサ１２によって検出される吸気温度に基づき、
記憶手段１４Ｂに予め記憶された共鳴点のマツプから吸
気温度に対応する前記第１゜第２気筒群の吸気系の共鳴
点に相当する機関回転速度を検索する。尚、共鳴点は吸
気系形状（予め決まっている）と音速とにより求められ
るが、音速は温度により変化するため、吸気温度の関数
として求めるのである。

一方、アクセル開度センサ１６によって機関高負荷信号
が比較手段１４Ｇに入力されると、回転速度センサ１３
によって検出される実際の機関回転速度Ｎと前記共鳴点
検索手段１４Ａによって検索された共鳴点に対応する機
関回転速度Ｎｆとを比較手段１４Ｃによって比較し、Ｎ
≦Ｎｆのときは駆動回路１４Ｄによりアクチュエータ１
５の作動を介して制御弁３を全閉に保持する。

また、第３図は、前記高負荷時の共鳴点を超える機関回
転速度領域における制御回路機能を示す。

まず、第１圧カセンサ１０及び第２圧カセンサ１１の検
出値は夫々第１スライス回路１４Ｅ及び第２スライス回
路１４Ｅ”に入力される。第１スライス回路１４Ｅは、
サージタンク６内の平滑化されたベース圧力に対し、集
合部２１（空間２１Ａ）内の吸気圧力がこれを上回る正
圧部分のみを取り出して出力し、第２スライス回路１４
Ｅ’　は、逆に集合部２１内の吸気圧力がベース圧力以
下の負圧部分のみを取り出して出力する。

第１スライス回路１４Ｅの出力は、第１積分器１４Ｆに
、第２スライス回路１４Ｅ゛の出力は第２積分器１４Ｆ
’に夫々入力され、これらＭＨｆ１分器１４Ｆ及び第２
積分器１４Ｆ°は、前記集合部２１内吸気圧力の正圧部
分及び負圧部分の出力値を積分する。

第１及び第２項分Ｗ１４Ｆ、１４Ｆ’からの出力は、第
１及び第２ピークホールド回路１４Ｇ、　１４Ｃ；’　
に入力され、夫々正圧部分の積分値及び負圧部分の積分
値（絶対値）を圧力波の半波形１個毎にピークホールド
する。

第１及び第２ピークホールド回！！ｌ１４Ｇ、　１４Ｇ
’の出力は、第１及び第２加算？５１４Ｈ，１，ＩＨ’
　に人力され、これら加算器１４Ｈ，１４Ｈ’　は、夫
々半波形ｎ個分のピークホールド値を読み取って加算す
る。

第１及び第２加算器１４Ｈ，１４Ｈ’　の出力は、比較
回路１４！に入力され、ピークホールド加ｎ４ａの大小
が比較される。

そして、第２加算回路１４Ｈ’　によって加算された負
圧部分のピークホールド値の加Ｘ値の方が第１加算器１
４Ｈによって加算された正圧部分のピークホールド値の
加算値より大と判定された場合は、比較回路ＩＨの出力
により駆動回路１４Ｊがオンとなって前記アクチュエー
タ１５が駆動され、制御弁３が開方向に駆動される。

次に、本実施例の一連の作用を説明する。

機関高負荷時、回転速度を増大させていくと、空間２１
八、２１Ｂと共鳴形吸気通路４．５とで形成される第１
．第２気筒群の各吸気形における共鳴過給の共鳴点に達
するまでは、第２図で示したコントロールユニット１４
の機能により、制御弁３は閉状態に保持される。

これにより、各吸気系に生じる共鳴過給作用により、可
及的に高い吸気充填効率が得られ、出力トルクを最大限
に高めることができる。

次に、共鳴点に相当する機関回転速震以上の回転速度領
域となった場合は、制御弁３が閉のままでは、第５図に
示すようにサージタンク６内のベース圧力に対して２つ
の空間２１Ａ、２１Ｂに生じる、、）り、）’ 吸気圧力振動の負圧部分が正圧部分より大きくなる。

そこで、これを第３図に示したコントロールユニソ［４
の機能により検出し、負圧部分が正圧部分より大の時は
比較回路１４１からの出力により制御弁３が少し開かれ
る。

この結果、２つの空間２１Ａ、２１Ｂが制御弁３を介し
て連通し、各空間２１Ａ、２１Ｂに生じる逆位相の圧力
波が干渉（合成）し合うことにより、夫々負圧部分が減
少する。これにより、ポンピングロス損失が減少して共
鳴点以降での出力を可及的に抑制することができ、加速
時の恩つき等を防止できる。

第４図は、高負荷時の共鳴点に相当する機関回転速度以
上の回転速度領域における制御回路機能の別の実施例を
示す。

このものは、第３図に示したものと同様の構成において
、第１．第２積分器１４Ｅ、　１４Ｅ’の代わりに第１
．第２カウンタ１４に、１４に’を設けたものであり、
正圧部分の継続時間を第１カウンタ１４Ｋによってカウ
ントし、負圧部分の継続時間を第２カウンタ１４に＠に
よってカウントする。そして、第１．第２ピークホール
ド回路１４Ｇ、　１４Ｇ’　によって夫々ピークホール
ドされたｎ個のカウント値を第１．第２加算器１４８．
１４Ｈ’によって加算し、この加算値の大小を比較回路
１４１によって比較する。

比較回路１４１により、負圧部分の時間カウント値の加
算値の方が大きいと判定されたときには、駆動回路１４
Ｊによりアクチュエータ１５が作動されて制御弁３を開
方向へ制御する。

負圧部分の半波形面積の方が大きいと、その継続時間も
同様に大きくなるため、この実施例においても第１実施
例と同様に機能する。

尚、以上示した第１及び第２の実施例において、圧力波
の積分値あるいは時間カウント値をｎ個ピークホールド
して加算するのは、バラツキを平滑化するためであるが
、このｎ個の値はバラツキを平滑化しつつ、制御応答性
が悪化しない程度の大きさに設定する。

また、以上の実施例では、圧力センサを設けて直接圧力
を検出するため制御ｎ精度を向上できるが、制御の簡易
化及びコスト低減のため、圧力を直接積出せず、例えば
吸気温度と機関回転速度とに応して各空間に生じる吸気
圧力振動状態を予測し、これに基づいて圧力波の干渉が
良好に行われて負圧部分が減少するようｔ制’＜Ｂ弁の
開度を求めて制御するようにしてもよい。

更に、本実施例では、アクセル開度により機関負荷を検
出したが、スロントル開度、吸入空気電。

燃料噴射量等から検出してもよい。

〈発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、機関高負荷時、
回転速度が共鳴点に達するまでは、吸気マニホールド集
合部内の制ｊＤ弁を閉じて共鳴過給を行い、共鳴点を趙
える回転速度領域では制ｊＴＪ弁を徐々に開いていって
、集合部内の複数の空間に生しる逆位相の圧力波を干渉
させて負圧部分を減少させ、もって負圧部分を減少させ
てボンピング損失による出力低下を抑制し、出力を可及
的に高めることかできるものである。この結果、加速時
の息つきの発生を効果的に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は同上
実施例の機関高負荷時の共鳴点以下の回転速度領域にお
けるコントロールユニットの制御回路機能番示すブロッ
ク図、第３図は同じく高負荷時の共鳴点を超える回転速
度領域におけるコントロールユニットの制御回路機能を
示すブロック図、第４図は第２の実施例における高負荷
時の共鳴点を鰯える回転速度領域での制御回路機能を示
すブロック図、第５図は集合部内の吸気圧力振動状態を
サージタンク内圧力と比較して示す線図、第６図は従来
例の構成図、第７図は同上従来例の高負荷時のトルク特
性を示す線図である。 ｌ・・・６気筒機関　　２・・・吸気マニホールド３・
・・制御弁　　４．５・・・共鳴形吸気通路　　ｌＯ・
・・第１圧カセンサ　　１１・・・第２圧カセンサ　　
１２・・・温度センサ　　１３・・・回転速度センサ　
　１４・・・コントロールユニ−ｚ）　　　１４Ａ・・
・共鳴点検索手段１４Ｂ・・・記憶手段　　１４Ｃ・・
・比較手段　　１４Ｄ・・・駆動回路　　１４Ｅ・・・
第１スライス回路　　１４Ｅ’　・・・第２スライス回
Ｉ８　１４Ｆ・・・第１積分器１４Ｆ°・・・第２積分
器　　１４Ｇ・・・第１ピークホールド回路　　１４Ｃ
；’　・・・第２ピークホールド回路１４Ｈ・・・第１
加算器　　ｌ４）（”・・・第２加算器１４１・・・比
較回路　　１４Ｊ・・・駆動回路　　１４Ｋ・・・第１
カウンタ　　１４に°・・・第２カウンタ　　１５・・
・アクチュエータ　　１６・・・アクセル開度センサ２
１・・・集合部　　２１Ａ、２１Ｂ・・・空間特許出願
人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第５ｖＡ 第６図 共鳴中。 楼関回転速度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気マニホールドの集合部内を吸気弁開時期がオ
   ーバラップしない気筒群に連通する複数の空間毎に仕切
   り可能な部分に、その開度に応じて前記複数の空間の連
   通度を制御する制御弁を設けると共に、前記集合部内の
   各空間とその上流側に接続された吸気通路とで形成され
   る各気筒群毎の吸気系に生じる吸気圧力振動の共鳴点に
   対応する機関回転速度及び機関負荷を検出し、機関高負
   荷時、前記共鳴点に対応する機関回転速度以下の回転速
   度領域では前記制御弁を閉状態に保持し、それを上回る
   回転速度領域では前記複数の空間に生じる互いに逆位相
   の吸気圧力波を干渉させて負圧部分を減少させるように
   制御弁の開度を連続的に変化させて制御する弁開度制御
   手段を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. （２）弁開度制御手段は、共鳴点に対応する機関回転速
   度を吸気温度で補正して制御する特許請求の範囲第１項
   記載の内燃機関の吸気装置。