JP2692184B2 - エンジンの空気供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンの空気供給装置、特に加速時にお
ける空気供給の遅れを補い不完全燃料を防止するのに適
した空気供給装置に関する。

［従来の技術］ 従来、自動車用エンジン、特に排気タービン方式の過
給装置を備えたターボ過給エンジンにおいては、加速の
ためにアクセルを急に踏んだ時、瞬時的に真っ黒い煙が
排出される。この理由は、加速のためにアクセルを踏ん
だ時、これによって噴射ポンプのレバーが引かれて燃料
噴射量は増大するが、吸入空気量については、ターボチ
ャージャーの回転上昇遅れ等により直ぐには増加しない
ことに原因するものと考えられる。即ち、瞬時的には、
吸入空気量に対して燃料噴射量が多すぎる状態となり、
この結果として黒煙が排出されるのである。これに対
し、例えば、ターボチャージャのロータにセラミックを
使用して軽量化し、回転上昇遅れを短縮する等の手段が
採られているが、これによる改善も十分とは言い難い。
また、噴射ポンプの燃料噴射特性において低回転域での
最大噴射量を低く押さえることにより、黒煙の発生防止
を図ることも考えられるが、その結果として低速でのエ
ンジン出力が下ってしまう。

一方、エンジンに連動するエアポンプに接続した圧力
容器を設けると共に、この圧力容器内に予め蓄えられた
圧縮空気を噴射する圧縮空気供給弁をスロットルバルブ
の下流の吸気通路に設け、この圧縮空気供給弁をスロッ
トルバルブの開度並びに開速度に応じて開き空気増量す
るようにしたエンジンの空気供給装置が提案されている
（実開昭58−108249）。これによれば、過渡運転時にお
ける空気供給の遅れが圧縮空気供給分から噴射される圧
縮空気で補われ、一応の空燃比の変動が防止される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記空気供給装置においては、圧力容器内の
圧縮空気圧力は、圧力容器からエアクリーナへの空気逃
し菅の途中に介装した圧力調整弁により、常に一定に保
たれている。このため、エンジンの筒内圧力が変動した
場合、圧縮空気供給弁をスロットルバルブの開度並びに
開速度に応じて開弁制御するだけでは、圧縮空気を供給
する開弁期間が最適値からずれてしまう。即ち、開弁期
間が短すぎると黒煙の発生つまり未燃HCをはじめ有害排
出物が増大し、逆に長すぎると筒内圧力が高くなりすぎ
て、騒音や焼き付き等の問題を引き起こす。

本発明の目的は、黒煙の発生及び筒内圧力の両面から
適切な量の圧縮空気の供給を常時行わせることが可能な
エンジンの空気供給装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のエンジンの空気供給装置は、機関加速時の吸
気行程中に機関回転数センサとアクセルセンサの信号に
基づき圧力容器の圧縮空気を吸気バルブ近傍へ導く空気
通路内電磁弁の基本開弁期間を決定する制御手段と、空
気通路及び圧力容器の各圧力センサからの信号で基本開
弁期間を補正し圧縮空気の供給量を一定化させる補正手
段とを備えて構成したものである。

［作用］ 電磁弁は加速時の吸気行程中に開弁され、圧力容器か
らの圧縮空気を気筒の吸気バルブの近くへ導く。この場
合、制御手段が機関回転数及びアクセル開度から基本開
弁期間を定め、補正手段が空気通路内圧力及び圧力容器
内圧力の値によって変わる気筒内への空気供給難易度に
応じて、結果的に圧縮空気の供給量が一定となるよう
に、上記基本開弁期間を増減補正する。この結果、基本
開弁期間によって暫定的に黒煙の排出防止及びエンジン
の各筒内圧力の高すぎの防止を定めていた適正な空気供
給量が変動しなくなり、常に加速時に燃料噴射量に見合
う圧縮空気が供給される。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に従って説明する。

第１図及び第２図において、１は４気筒のディーゼル
エンジン、２はエンジン１の各気筒に接続された吸気マ
ニホールド（吸気通路）、３はコンプレッサ４と接続さ
れたエアタンク（圧力容器）である。コンプレッサ４
は、エンジンクランク軸５のクランクプーリ６との間に
巻き掛けたベルト７により駆動され、このコンプレッサ
４によりエアタンク３は常時適当な圧力に保持されてい
る。

エアタンク３からは、気筒数に対応する数の圧縮空気
供給管路（空気通路）８が引き出されて、各気筒毎に吸
気マニホールド２の最下流部に連結されている。このよ
うにエアタンク３からの空気通路の加圧空気噴出口を各
気筒の吸気バルブ22近くに形成すると、シリンダ23内へ
の空気導入における損失を最少限に抑えられる。これら
の圧縮空気供給管路８の途中には、第２図に示すよう
に、各１個の電磁ソレノイド弁９が介装されて、それぞ
れ独立に圧縮空気供給管路８を遮断し又は連通できるよ
うになっている。

10は各ソレノイド弁９をオンオフ制御するマイクロプ
ロセッサ内蔵のコントローラであり、このコントローラ
10により、加速時に各気筒の吸入行程に合わせて、エア
コンプレッサ３の圧縮空気を吸気マニホールド２からエ
ンジン１に適正量だけ供給する。この目的で、アクセル
ベダル12の踏込まれたストロークからアクセル開度APP
を測るアクセルセンサ11、エンジン回転数Ｎを計測する
エンジン回転数センサとして機能する上死点センサ13、
ソレノイド弁９の開閉時期を定めるためのクランク角度
センサ14、吸気マニホールド２の圧力P1を計測する負圧
センサ15、エアタンク３内の圧力P2を計測する圧力セン
サ16が設けてある。上死点センサ13はクランク軸５が２
回転で１パルスの信号を出力し、クランク角度センサ14
はクランク軸５の回転角１度当り１パルス（１回転で36
0パルス）の信号を出力する。

第３図に上記エンジン１の各吸気バルブ17の開弁期間
と、その間におけるソレノイド弁９の開閉時期とのタイ
ミングを示す。

（１）ソレノイド弁９を動作させるか否かは、アクセル
センサ11と上死点センサ（エンジン回転数センサ）13の
信号により決定する。その動作条件は、基本的には、計
測したアクセル開度APPが所定の値よりも大で且つエン
ジン回転数Ｎが所定の範囲に入っている場合である。

（２）ソレノイド弁９の開成時点及び閉成時点は、上死
点センサ13に出力パルスが発生した時点からのクランク
角度センサ14の出力パルス数によって、決定づけ得る。
実際にソレノイド弁９を開閉させる時期、つまり、上死
点センサ13の信号検出後、クランク角度センサ14の出力
パルスが幾つ来たときにソレノイド弁９を開き、幾つ来
たときに閉じるかは、クランク角度センサ14の出力パル
ス数との関連で、各気筒毎に、複数種のデータが予めメ
モリ内に記憶されている。そして、上記（１）の条件を
満たしソレノイド弁９を動作させるべきときは、そのと
きのアクセル開度APP及びエンジン回転数Ｎによって、
これらのデータ群のうちから適当なデータが選び出さ
れ、該データに基づいて各ソレノイド弁９を、上死点セ
ンサ信号とクランク角度センサ14の信号を基準にオンオ
フさせる。

第４図に上記ソレノイド弁９について最適な開弁期間
Txを示す。

第４図の横軸は、開弁期間Ｔを上死点センサのパルス
発生時点を開弁期間Ｔ＝０として示したもので、縦軸
は、黒煙と筒内圧力をとってある。曲線Ａから判るよう
に、ソレノイド弁９の開弁期間ＴがT1より短くなると、
エアタンク３から供給される圧縮空気が不足して、黒煙
つまり未燃HCをはじめ有害排出物が許容限度以上に増加
する。また、曲線Ｂから判るように、逆にソレノイド弁
９の開弁期間ＴがT2より長くなると、エアタンク３から
供給される圧縮空気が多くなりすぎて、今度は筒内圧力
が増加し、騒音や焼き付き等の問題を引き起こす。従っ
て、最適な開弁期間Txは、黒煙の発生が少なく且つ筒内
圧力があまり高くない上記T1〜T2の間でなければならな
い。

このようにして、筒内圧力と黒煙との関係から上記ソ
レノイド弁９について最適な開弁期間Txが定まる。しか
し、この最適な開弁期間Txは単位時間当りにエアタンク
３から供給される圧縮空気が変動しないことを前提とし
ている。このため、例えばエンジンの筒内圧力が変動
し、エアタンク内圧力と筒内圧力の差が小さくなった場
合には、圧縮空気供給が不足し、逆に圧力差が大きくな
った場合には、圧縮空気供給が過大となってしまう。そ
こで、実際には、圧縮空気を供給する開弁期間を、最適
開弁期間Txに維持するため、その最適値からの時間的ず
れを補正することが必要である。上記コントローラ10
は、この補正を加味した結果としての最適開弁期間Txを
決定し、各ソレノイド弁９を開閉制御するものである。

さて、第５図において、上記コントローラ10は、上記
アクセルセンサ11、圧力センサ16及び負圧センサ15から
のアナログ信号をディジタル信号に変換するADコンバー
タ16と、上記上死点センサ13からの単位時間当りのパル
ス数をカウントしエンジン回転数Ｎを計測するカウンタ
18と、上記クランク角度センサ14からのパルス数（１パ
ルス/1度）をカウントするカウンタ19と、CPU20及びメ
モリROM,RAMを主体とし出力ポート21を設けたマイクロ
プロセッサとで構成されている。

CPU20は、メモリROMに記憶した制御プログラムに従
い、これらADコンバータ17及びカウンタ18,19から得ら
れる各パラメータのデータ並びにメモリRAMに予め記憶
したデータに基づいて演算を行い、上記各ソレノイド弁
９の最適開弁期間Txの中心T01（第４図）を基準とする
上記各ソレノイド弁９の最適開弁期間長さTxを決定し、
この最適開弁期間長さTxに対応する信号を出力ポート19
を介して各ソレノイド弁９に対して個別に出力する。

詳述するに、メモリRAMには、上記パラメータにより
決定し取り出すべき各種のデータが予め記憶されてい
る。その第１は、エンジン回転数Ｎとアクセル開度APP
とから決定されるべき基本開弁期間T0に関するデータ群
であり、第２は、この基本開弁期間T0を実際の吸気マニ
ホールド圧力P1に応じて増減べき補正値K1についてのデ
ータ、第３は、基本開弁期間を実際のエアタンク内圧力
P2に応じて増減べき補正値K2についてのデータである。
ここに吸気マニホールド圧力P1は、予め実際に測定して
既知であるエンジンの筒内圧力との関係を予め換算した
ものであり、筒内圧力を代表するものである。

次に、第６図を参照しながら、上記最適開弁期間Txの
作成の仕方について説明する。

第６図において、コントローラ10は、上記ADコンバー
タ17及びカウンタ18から得られる各パラメータのデー
タ、すなわちエンジン回転数Ｎ、アクセル開度APP、吸
気マニホールド内圧力P1、エアタンク３内の圧力P2を読
み込む（ステップ）。そして、現時点で計測されたエ
ンジン回転数Ｎ及びアクセル開度APPの値から、まず、
上記メモリRAMに記憶されている基本開弁期間T0に関す
るデータ群のうち１つを選択する（ステップ）。これ
は、第６図のステップにおいて、同一の弁開度につい
て描いた複数の曲線群中の１つを選択することに相当す
る。該当するデータが存在しない場合には、上述したア
クセル開度APPが所定の値よりも大で且つエンジン回転
数Ｎが所定の範囲に入っている場合ではないので、何も
しないでリターンする。

該当する基本開弁期間T0のデータが存在した場合に
は、吸気マニホールド内圧力P1に基づき、メモリRAMに
予め記憶した補正値K1のデータに基づいて補正演算を行
う。即ち、標準的な設定圧力P10のときの補正値K1をK1
＝１とし、これよりも吸気マニホールド内圧力P1が高い
場合には、それだけ圧縮空気の供給に時間が掛かるの
で、その分だけ補正値K1を多くして、上記各ソレノイド
弁９の最適開弁期間長さTxを長くする。また、標準的な
設定圧力10のよりも吸気マニホールド内圧力P1が低い場
合には、その分だけ補正値K1を少なくして、上記各ソレ
ノイド弁９の最適開弁期間長さTxを短くする（ステップ
）。

次いで、エアタンク３内の圧力P2に基づき、メモリRA
Mに予め記憶した補正値K2のデータに基づいて補正演算
を行う。即ち、標準的な設定圧力P20のときの補正値K2
をK2＝１とし、これよりもエアタンク内圧力P2が高い場
合には、それだけ圧縮空気の供給に掛かる時間が短くて
よいので、その分だけ補正値K2を少なくして、上記各ソ
レノイド弁９の最適開弁期間長さTxを短くする。また標
準的な設定圧力20よりも吸気マニホールド内圧力P1が低
い場合には、その分だけ補正値K2を多くして、上記各ソ
レノイド弁９の最適開弁期間長さTxを長くする（ステッ
プ）。

最終的に、コントローラ10は、ステップに示すよう
に、次式で示す関数に従って最適な開弁期間Txを決定
し、これに対応する信号を各ソレノイド弁９に対して個
別に出力する。

Tx＝T0（N,APP）K1K2 かくして、エンジンの加速時において、燃料噴射量に
見合う適切な量の圧縮空気が、吸気行程内の適切な時間
幅として、吸気マニホールドより各気筒に与えられ、黒
煙の発生及びエンジンの各筒内圧力の高すぎが抑えられ
る。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば、加速時に気筒内への空気供給
の難易度に応じて燃料噴射量に見合う圧縮空気が供給さ
れて吸入空気を補うため、黒煙の排出が防止されると共
に、エンジンの各筒内圧力の高すぎも抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図はその
空気供給系を示す図、第３図は弁開閉のタイミングチャ
ート図、第４図は本発明の黒煙及び筒内圧力との関係で
最適な開弁期間を示す図、第５図はコントローラのブロ
ック図、第６図はコントローラの制御内容を示すフロー
図である。 図中、１はエンジン、２は吸気マニホールド、３はエア
タンク、８は圧縮空気供給管路、９はソレノイド弁、10
コントローラ、11はアクセルセンサ、13は上死点セン
サ、14はクランク角度センサ、15は負圧センサ、16は圧
力センサである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関加速時の吸気行程中に機関回転数セン
   サとアクセルセンサの信号に基づき圧力容器の圧縮空気
   を吸気バルブ近傍へ導く空気通路内電磁弁の基本開弁期
   間を決定する制御手段と、空気通路及び圧力容器の各圧
   力センサからの信号で基本開弁期間を補正し圧縮空気の
   供給量を一定化させる補正手段とを備えたことを特徴と
   するエンジンの空気供給装置。