JPS6394057A - 一気筒あたり少なくとも二個の導入弁を有する多気筒内燃機関 - 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】 この発明は、特許請求の範囲第１項の種類に属する内燃
機関に関する。

最近の内燃機関は、よシ高い供給率を達成するため一気
筒あたり二つの吸入弁を装備している。この技術によっ
て達成できる出力効率を完全に利用するには、吸気弁に
到達する吸入管をできる限り短かくする必要がある。し
かしながら、この処置により内燃機関の回転モーメント
特性が低速回転数領域でマイナスの影響を受ける。その
結果、車輛エンジンで望ましい完全な回転モーメントが
達成できない。しかし、このことは、回転数の高いとき
に達成できる出力効率を制限するできる限り長い吸入管
を必要としている。

このため、二つの吸気弁に達する長さ又は断面の異なる
吸入管を装備し、このとき短かい又は小さい方を低速回
転数領域で弁によって閉にし、高速回転数領域で開にす
ることを西独特許第１９８６８５０号公報で提案してい
る。しかしながら、この場合、噴射式内燃機関に較べて
望ましくない噴射位置、従って混合気流の向きを変える
必要のある燃料の付着物が吸入管壁に付くと云うよく知
られた欠点を有する気化式内燃機関が問題である。

この周知の欠点は、混合させるため気化器の代りに、吸
入管噴射を利用して避けることができる。強すぎる二重
燃料供給を避けるため、吸入管あたり各１個の噴射弁を
設置しである。しかし、この場合、両方の吸入管の流量
比率は、弁の動きで開閉期間によって変わるので、全負
荷用の吸入チャンネル、又はその噴射弁を開にすると問
題が生じる。西独特許第３４４４３５６号公報には、そ
のため、弁を完全に開にする前、又は遮断している間、
噴射弁を二、三の噴射パルスで操作することが提唱され
ている。

しかしながら、この場合でも、吸入混合は吸入管中で変
化した流量比率に不完全にしか調節できないので、切換
期間に混合誤差を調整することが行われている。

この発明の課題は、少なくとも二つの吸入チャンネルの
内の一つで制御できる弁を開又は閉にしている間、混合
誤差の調整及び／又は二重燃料供給を避ける、内燃機関
に対する燃料導入を行うことにある。

上記の課題は、特許請求の範囲の第１項の特徴部分によ
って解決されている。この発明をより有利な方法で構成
した他の特徴は、従属項に記載されている。

この発明の利点は、第１に、少なくとも２つの吸入管を
装備していて、その内の少なくとも１つを一つの弁で遮
断できる内燃機関の場合、一つのシリンダに導入すべき
燃料の全部は、吸入管の弁の動きと共に変化する流量比
率に応じてそれぞれの噴射バルブを介して両板入管に配
分されるので、混合誤差の調整又は二重燃料供給は、弁
の開又は閉操作期間回避されることにある。

この発明を図面に示した実施例に基き以下により詳しく
説明する。

第１図には、引用記号１で内燃機関が示してちる。この
シリンダ２には、少なくとも二個の噴射バルブ３，４と
、少なくとも１個の排気・（ルブ５及びプラグ６がある
。吸気分配器７の吸入開口部にスロットル弁８が設置し
であるが、この吸気分配器７から、分離している第１及
び第２吸入管９，１０は噴射バルブ３，４に導入される
。吸入管９，１０は、内燃機関の望むトルク又は負荷総
合特性を獲得するには長さ及び／又は断面をいろいろな
値にしている。全出力領域外に合わせである第１吸入管
９は、全出力領域に合わしである第２吸入管１０よりも
長い長さになっている。つまり、この場合、第２吸入管
１０は、弁１１によって開にされるか、又に閉にされる
かになる。

二つの吸入管９，１０には、噴射バルブ１２゜１３が配
設しである。相方の弁は、制御装置１４の出力信号ｔａ
、ｔｂに応じて燃料のある値を吸入管９，１０に噴射す
る（燃料導入管は見透しを良くするために図示していな
い）。間欠燃料噴射する通常の燃料噴射系の出力信号ｔ
ａ　、　ｔｂは、通常パルス幅又は・ぐルス間隔で変調
した電圧信号であって、そのデユーティ比が、噴射時間
としても表わせる。噴射ノくルブのところで一定の燃料
圧力であると、燃料の噴射量は実用上噴射時間に比例す
る。従って、以下では出力信号ｔａ、ｔｂは燃料の噴射
量を表わしている。

弁１１は、サーボ機構１５によシ制御装置１４の制御信
号（弁目標位置ａｌｐｈａｓ）に応じて開位置（ａｌｐ
ｈａｓ＝９０°）又は閉位置（ａｌｐｈａｓ＝ｏ°）に
置かれる。噴射バルブ１２．１３によって行われる燃料
の噴射量ｔａ、ｔｂ及び弁目標位置ａｌｐｈａｓを決定
するためには、制御装置１４がそれ自体公知の方法で入
力信号１５〜１７を介して内燃機関のいろいろな駆動条
件、例えば導入される空気量ｍｌ、回転数ｎｍｏｔ、温
度ｔｍ等、及び弁の実際の位置ａｌｐｈａｉをつきとめ
る。

長い方の吸入管９によって、この場合、弁１１が閉じて
いる時（−チャンネル駆動）、所望の「大きな」回転モ
ーメントの様子は下部回転数領域で生じる。一方弁１１
が開になりてる時（二チャンネル駆動）、短かい吸入管
１０によって実用上最大出力か上部回転数領域に生じる
。

しかしながら、この場合、−チャンネル駆動から二チャ
ンネル駆動に切換える場合ある問題が生じる。

物理的な系の遅れのため、弁対空気流士の比率は二つの
吸入管９，１０の流量の内必要とする定常的ないしは準
定常的成分を気筒に導入する全流量に急激に合致させな
い。つまり、一方では、弁１１は、両段終位置の間を勝
手な短時間で移行運動できないためであシ、他方で、所
望の流量比率は、まずある一定の遅れで調整しであるか
らである（即ち、貯えた空気の体積の避けがたい流通抵
抗、内燃機関１の周期動作及び吸入管９，１０中の振動
のため）、このことは、特に第２〜４図で重要である。

第２図に応じて、弁１１がサーボ機構１４によって時点
ｔ１から始まって時間間隔Ｔの間−次直線的に開くこと
にする。この場合、他の考察のため、先ず簡単に、両板
入管の流量成分（空気量の成分）は弁１１が開のとき（
二チャンネル駆動）、例えば１：１であるとする。

第３図から分ることは、第１吸入管９の空気流量ｄｍ　
ｌａ／ｄ　ｔがこの期間Ｔでｄｍｌｇからｄｍ１ｇ／２
に減少し、更に、全流景ｄｍ１ｇはこの過程中はソ一定
になっていると仮定して第２吸入管１０の空気流量ｄｍ
ｌｂ／ｄｔは同じ値はど増加することである。

第１吸入管９に噴射する燃料の量ｔａは、開き初めか、
あるいは完全な開放度になるとき急激に半分はど減少し
、全燃料の量ｔｇの残りの半分は第２吸入管１０中に噴
射する。時間間隔Ｔの間に強力な混合誤差を調整が始ま
り、更に望ましくない燃焼室の強い二重燃料供給となる
。

切換期間では、西独特許８４４４３５６号公報で述べた
ように、個々の燃料パルスの噴射も、混合処理に要求さ
れる精度をもたらさない。その理由は、画成入管の流量
比率は、図示したように、強く非直線的に変化するから
である。

こ＼で最適な混合処理を維持するには、シリンダに導入
する燃料の量が、弁の開又閉期間吸入管９，１０で瞬間
的に支配する流量比率に応じて吸入管中に、第２図のグ
ラフに示しであるように、配分されていなくてはならな
い。

流量比率、即ち動作サイクルあたり又は計算時間あたシ
の各吸入管を介してシリンダに導入される空気量成分ｍ
ｌａ、ｍｌｂ　、ないしは吸入管に噴射される燃料のｉ
ｔａ、ｔｂを正確につきとめるには、各吸入管に空気量
測定装置を別々に配設する必要があるが、このことは経
費の点から有効性にとぼしい。

従って、開口度関数ｋ（ａｌｐｈａｉ）、第５図、を定
義される。この関数は、開口度角度ａ１ｐｈａｉに補正
値ｋ。＝ｋ（ａｌｐｈａｉ）を割り当てるもので、この
補正値で、最終的に燃料のｉｔａ、ｔｂが決定される（
更に下を参照）。

この開口度関数には、弁の調節運動に対する時間間隔Ｔ
を適切に選んだ場合、吸入管９，１０の静的及び動的過
程を混合処理の良好な精度のもとで即応する。全燃料の
量ｔｇを定めるには、全ての吸入管又はシリンダに対す
る空気量を検出する若干の測定装置がまた必要である。

制御装置としては、公知の噴射制御電算機、例えば、Ｂ
ｏｓｃｈ社のＤ又はＪ　Ｊｅ４ｉｃ又はＭｏｔｒｏｎｉ
ｉ５を使用できる。これ等は、弁１１に対するサーボ機
構１５の制御用デジタル出力端、弁１１の実際の位置ａ
１ｐｈａｉに対するアナログ、又はデジタル入力端、及
び必要な制御プログラムを拡大でき、追加する噴射バル
ブあたり各１個の運動部を含めて、他の出力端を拡大で
きる。

この種の制御プログラムのフローチャートは第６図に示
しである。系のスタート１６後、内燃機関の始動過程で
、先ず制御装置１４の初期化１７が行われる（記憶器の
リセット、プログラム及びパラメータの装填）。

マークＡを通過すると、先ず（図示されていないセンサ
）測定値が検出され、評価処理される。１９゜即ち、例
えば吸入管の空気量又は圧力信号を検出し、エンジン回
転数ｎｍｏｔ、空気量ｌａｍｂｄａ　、　エンジン温度
ｔｍ及び弁位置ａｌｐｈａ　ｉを決定し、場合によって
は、他の量も補償する。この測定値から、内燃機関の運
転条件がつきとめられる（出力の情報として全空気量ｍ
１ｇ等）２０゜そして注入する全燃料のｆｉｔｇ（全噴
射期間）が、運転条件に依存して噴射時間特性区分から
、公知技術による燃料噴射系の場合に設置しであるよう
に、検出される。　ｔｇ＝ｆ（ｍｌｇ　、　ｎｍｏｔ　
、　ｌａｍｂｄａ。

ｔｍ、・・す２１２次いで、実際の弁位置ａ１ｐｈａｉ
から開口度関数ｋによって補正係数ｋ。＝ｋ（ａｌｐｈ
ａｉ）の決定と、内燃機関の運転状態ｂｚの検出、即ち
内燃機関が一チャンネル駆動にあるか又は二チャンネル
駆動にあるをつきとめること、を行う。

運転状態ｂｚは、切換しきい値ｕｓよりも小さいかどう
かを問い合わせる２４゜その場合ならば（−チャンネル
駆動）、弁１１は閉の方向に操作される２５゜次いで、
弁は既に閉になったかどうか、即ちａｌｐｈａｉ＝０°
　を問い合わせる。２６゜その場合ならば、全燃料ｔｇ
を噴射バルブ１２を介して第１吸入管９に噴射する、燃
料の蛍ｔａ＝ｔｇ、燃料の量ｔｂ＝ｏ　、燃料の量の決
定２７、そして点２８を経由して、噴射バルブ１２．１
８に対する制御パルスの出力に進行する、２９゜つまり
、条件２６が満されていないのであれば、配分係数Ｘが
特性区分子ｘ（ｍｌ　ｇ　、　ｎｍｏｔ、・・・）から
決定される、３０、そして燃料の量ｔｇは、実際の補正
係数ｋＱと実際の配分係数Ｘに応じて噴射バルブ１２．
１８に配分される（噴射バルブ１２では、燃料のｆｉ　
ｊａ＝　ｔｇ（１ｋ（Ｉ　Ｘ　Ｘ）、噴射バルブ１３で
は、燃料のｉ　ｔｂ＝ｔｇＸｋ（ＩＸｘ）、燃料の景の
決定３１゜ 配分係数Ｘは、この場合、画成入管９，１゜の空気流量
ｄｍｌａ／ｄｔとｄｍｌｂ／ｄｔが一般に異なると考え
られる。（前記のようでなく、等しいときもある。この
稀れな場合では、Ｘ＝怪になり、計算式は簡単化され、
Ｘの計算は省略できる）。

配分係数Ｘは、この係数が、シリンダに導入される全空
気量ｍ１ｇに対して第２吸入管１０に導入される空気量
ｍｌｂの割合、即ちｘ＝ｍｌｂ／ｍ１ｇによって定義さ
れる。従って、第１吸入管に導入される空気量ｍｌａの
割合は、（１−ｘ）　＝ｍｌａ／ｍ１ｇとなる、こ＼で
補足的に以下のことを注意してお（。即ち、燃料噴射系
の場合、間欠的な燃料注入（又は動作）する系を取扱っ
ていることである。この系では、注入しようとする燃料
のｆｆｉｊｇ又は吸入された空気量ｍｌは、内燃機関の
一回転あたシ少なくとも１回検出され、従って必要とさ
れたこの「集積」動作によって空気流量ｄｍｌ／ｄｔ自
体は定まらなくて、実際には自動的に空気量ｍｌｌとな
る（これは、空気流量ｄｍｌ／ｄｔの時間積分から得ら
れる）。

一般に、補正係数Ｘは、吸入管９，１０の幾何形状に依
存するだけでなく、吸入管中に生じる振動と、回転数と
負荷のような（多かれ少なかれ非線型である）内燃機関
の運転条件にも依存する。この運転条件は、特性区分子
ｘ（ｍｌｇ　、　ｎｍｏｔ、・・す、によって、例えば
全空気１ｍ１ｇと回転数ｎｍｏｔから決定される。

しかし、呼び掛２４が、否を与えると、即ち、「二チャ
ンネル駆動」と云う情報を与えると、弁１１は開の位置
に操作される、３１゜配分係数は、指令３０で行われる
ように再び決定され、３３、弁１１は既に開になってい
るかどうか、即ちａｌｐｈａｉ　＝　９０°であるかど
うかを問い合わせる。

そうであれば、全燃料ｔｇを吸入管９，１０の定常的な
流量成分に応じて画成入管に配分する、ｔａ＝　ｔｇ（
１−ｘ）、ｔｂ＝ｔｇＸｘ、燃料決定３５゜これに対し
て条件３４が満されていなければ、燃料配分が補正値ｋ
Ｏに応じて決定される、３１゜指令２７からと同じよう
に、指令３１と３５から系は噴射バルブ２９を操作する
点２８を経由し、再びマークＡ１８に帰還される。次い
で、そこからプログラムの進行が新に実行される。

指令２３と呼掛２４による運転状態の決定（（ｂｚはｕ
ｓより小さい）が、第７図の回転数−負荷のグラフに基
き示しであるが、この場合、便宜上−一般性を損うこと
な（−運転状態は、負荷の情報である吸入した空気ｍｌ
と内燃機関の回転数ｎｍｏｔだけからつきとめられると
想定される。

このグラフは、交点Ｓで切断されている二つの（回転モ
ーメントの）曲線を示している。こ＼では、曲線３６が
、−チャンネル駆動の場合、又は内燃機関が長い吸入管
を装備している場合であり、曲線３７が、二チャンネル
運動の場合、又は短かい吸入管の場合である。同じよう
に、交点Ｓを通る切換しきいｕｓが示しである。こ＼に
、左側の領域Ｉでは一チャンネル駆動で、右側の領域■
では二チャンネル駆動を定義している。

上記の様に、弁の操作を行うと、交点Ｓの両側で合成さ
れた回転モーメント曲線（太線で示しである）が、それ
ぞれ曲線３６．３７の上部分枝上で、−チャンネル駆動
でも二チャンネル駆動でも伸びている。

事情によっては、固定した切換しきい値を有するこの種
の制御は、多くの内燃機関の場合、切換しきい値のまわ
りで不安定駆動に導き得る。

それ故、切換しきい値を第８図及び第９図に示すように
、上部切換しきい値ｕｓｏ及び下部切換しきい値ｕｓｕ
のヒステリジスをつけると効果的である。−チャンネル
駆動（領域■）から二チャンネル嘔動（領域■）に切換
えるには、出力と回転数がより大きい値のとき行わる。

逆に、二チャンネルから一チャンネルに切換えるには、
両者の小さい値のとき行われる。

このようなヒステリシスを付加した、弁位置ａ１ｐｈａ
と噴射（ｉｔａ、ｔｂの制御に対するフローチャートは
、第１０図に示しである。

系の始動１６、初期化１７、マークＡの出発点１８、測
定値検出１９、運転条件の検出２０は、第６図のフロー
チャートに応じて行われる。

同様に、修正値ｋｏ２２、運転状態ｂｚ２３、ｂｚがｕ
ｓより小さいことの呼掛２４の検査も行われる。

しかしながら、注入すべき全燃料の量ｔｇの決定は、先
ず呼掛２４によって一チャンネルと二チャンネルに対し
て別々に、つまり関係式ｔｇ＝ｔｇｅ＝ｆｅ（ｍｌｇ、
ｎｍｏｔ・・・）による−チャンネル特性区分子ｅ（ｍ
ｌｇ、ｎｍｏｔ…）　３８又は式ｔｇ＝ｔｇｚ＝ｆｚ（
ｍｌｇ、ｎｍｏｔ。

・・・）による二チャンネル特性区分子ｚ（ｍｌｇ、ｎ
ｍｏｔ。

・・・）３９によって実行される。弁１１の操作に関す
る他のプログラムの実行２５又は３２、呼掛２６、修正
値の決定３０又は３３及び呼掛３４と燃料の量の決定２
７．３１．８５は、再び第６図と同じように実行される
。次いで、燃料の量決定２７の後では、切換しきい値ｕ
ｓを上部切換しきい値ｕｓ＝ｕｓｏ　に設定される、４
０、又は燃料の量決定３５の後では、切換しきい値ｕｓ
を下部しきい値ｕｓ＝ｕｓｕ　　に設定される、４１゜
分枝点２８及び噴射バルブの操作２９を通過した後、マ
ークＡに帰還し、１８、新にプログラムが実行される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による吸入設備を有する４バルブ内
燃機関、第２図は、吸入管の弁の開口角と時間のグラフ
、第３図は、吸入管の対における流量比率の時間変化を
再現する空気光景と時間のグラフ、第ｑ図は、前記吸入
管の対中の噴射バルブに対する注入量と時間のグラフ、
第５図は、弁の開口関数を示すグラフ、第６図は、噴射
バルブに対する注入量決定を行うフローチャート、第７
図は、切換しきい値が一つの場合の回転数−出力のグラ
フ、第８図は、第７図に従うが、上部切換しきい値を有
する回転数−出力のグラフ、第９図は、第７図に従うが
、下部切換しきい値を有する回転数−出力のグラフ、第
１０図は、第６図に従うが、ヒステリシスを付加した切
換しきい値に対するフローチャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）異なる長さ及び／又は断面に設計してあり、それぞ
   れ一個の燃料噴射ノズルを装備している別々の第１及び
   第２吸入管が導入してあり、前記吸入管の少なくとも第
   ２吸入管は、制御弁によって内燃機関の運転条件から判
   定した内燃機関の運転状態（一チャンネル駆動、二チャ
   ンネル駆動）に依存して開又は閉にでき、その場合、前
   記及び／又は他の内燃機関の運転条件から判定され、気
   筒に瞬間的に導入すべき全燃料の量は、閉じた弁の場合
   （一チャンネル駆動）、たゞ第１吸入管中の噴射バルブ
   を介してこの吸入管に、また開にした弁の場合（二チャ
   ンネル駆動）、気筒に導入しようとする全空気量の内、
   個々の吸入管から導入される割合に応じて配分し、両吸
   入管に両噴射バルブを介して噴射される、一気筒あたり
   少なくとも２個の導入弁を有する多気筒内燃機関におい
   て、弁（１１）の開又は閉操作期間気筒（２）に導入し
   ようとする全燃料の量（ｔｇ）は、弁（１１）の動きと
   共に吸入管（９、１０）で変化する流量比率に応じて各
   噴射バルブ（１２、１３）を介して両吸入管（９、１０
   ）に配分されることを特徴とする多気筒内燃機関。 ２）弁（１１）の動きと共に吸入管（９、１０）で変化
   する流量比率は、弁（１１）の開口角（ａｌｐｈａｉ）
   に修正値（ｋ＿０＝ｋ（ａｌｐｈａｉ））を割り当てる
   開口関数（ｋ（ａｌｐｈａｉ））によって得られること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多気筒内燃機
   関。 ３）修正値（ｋｂ）は、規格してあり、弁（１１）が閉
   じている場合（ａｌｐｈａｉ＝０°）に対する（ｋ＿０
   ＝０）と弁（１１）が開いている場合（ａｌｐｈａｉ＝
   ９０°）に対する（ｋ＿０＝１）の間の数値を取ること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の多気筒筒内燃
   機関。 ４）弁（１１）が完全開になっている二チャンネル駆動
   で吸入管（９、１０）を経由して気筒（２）に流入する
   全体の空気量（ｍｌｇ）の内の割合（第１吸入管（９）
   では空気量の割合（ｍｌａ）、第２吸入管（１０）では
   空気量の割合（ｍｌｂ））は、配分係数（ｘ）によって
   決定され（ｍｌａ＝（１−ｘ）ｘｍｌｇ、ｍｌｂ＝ｘ×
   ｍｌｇ）、こゝで配分係数（ｘ）は、特性区分（ｆｘ（
   ｍｌｇ、ｎｍｏｔ、・・・））によって内燃機関の運転
   条件からつきとめられ （ｘ＝ｆｘ（ｍｌｇ、ｎｍｏｔ、・・・））、（０）と
   （１）の間の数値を取ることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の多気筒内燃機関。 ５）吸入管（９、１０）中の噴射バルブ（１２、１３）
   によって注入される燃料の量（ｔａ、ｔｂ）の配分は、
   燃料の全量ｔｇから弁（１１）の開又は閉操作期間、 第１吸入管（９）の噴射バルブ（１２）に 対してｔａ＝ｔｇ（１−ｋ＿０×ｘ） 第２吸入管（１０）の噴射バルブ（１３） に対してｔｂ＝ｔｇ×ｋ＿０×ｘ、 となることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の多
   気筒内燃機関。 ６）燃料の全量（ｔｇ）は、−チャンネル駆動で第１特
   性区分（ｔｇ＝ｔｇｅ＝ｆｅ（ｍｌｇ、ｎｍｏｔ、・・
   ・））から、また二チャンネル駆動で第２特性区分（ｔ
   ｇ＝ｔｇｚ＝ｆｚ（ｍｌｇ、ｎｍｏｔ、・・・））から
   決定され、二つの運転状態を区別するための切換しきい
   値は、ヒステリシス（運転状態を二チャンネル駆動に移
   行するための上部切換しきい値（ｕｓｏ）、運転状態を
   一チャンネル駆動に移行するための下部しきい値（ｕｓ
   ｕ））を有することを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載の多気筒内燃機関。