JPH068609B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸気スワールを調整するスワール制御弁を吸気
通路に設けたエンジンの吸気装置の改良に関するもので
ある。

（従来技術） 従来から、吸気スワールを調整するスワール制御弁を備
えたエンジンは種々知られている。例えば、低負荷用吸
気通路とスワール制御弁を備えた高負荷用吸気通路とを
形成し、低負荷時には上記スワール制御弁を閉じて上記
低負荷用吸気通路から吸気を供給することにより、吸気
流速を高めるとともに吸気スワールを生じさせて燃焼性
を向上し、高負荷時にはスワール制御弁を開いて両吸気
通路から吸気を供給することにより、吸気抵抗を軽減す
るとともに吸気スワールを抑制するようにしたエンジン
が知らられている。特に吸気流速、吸気スワール等の吸
気供給状態を種々の運転状態において適正に調整するた
め、例えば特開昭５９−１３８７２３号公報に示される
ように、エンジン回転数および負荷等の運転状態と、制
御弁の前後の差圧等の制御弁の開度に関連した信号とを
それぞれ検出し、上記差圧等の検出値と記憶装置から読
出した運転状態に適合する目標値とを比較し、上記検出
値が目標値となるように制御弁の開度をフィードバツク
制御するようにした装置も知られている。

ところで、このように制御弁の開度をフィードバツク制
御する場合に、その制御利得を大きくすると、定常運転
時や運転状態の変動が緩かに行われるような場合にも制
御弁が過敏に変動してサージングを生じ、制御の安定性
が阻害されるため、一般にはこのような事態を避けるよ
うに制御利得をある程度抑えている。

しかしこのようにした場合、運転状態が急激に変化する
加速時には制御の応答性が低下し、つまり加速時にスワ
ール制御弁の開き遅れが生じ、吸気流速や吸気抵抗等が
要求値からずれる。そして、このような加速時に制御弁
の開き遅れにより、ノッキングが生じ易くなる。つま
り、一般にエンジンでは運転状態に応じて点火時期が調
節され、火炎伝播速度等との関係で適正な点火時期が与
えられるようになつているが、スワール制御弁開度が大
きくされてスワールが弱められるべき運転状態へ移行す
る加速時には、そのスワール制御弁の開方向の作動に応
答遅れが生じると、必要以上にスワールが強くなって、
火炎伝播速度が過度に速い状態となる。そして、上記の
ように調節された点火時期が、この状態での火炎伝播速
度にとつては早すぎることとなり、ノッキングが発生し
易くなる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、スワール制御弁の開度
を運転状態に適合するようにフィードバツク制御する場
合に、定常運転時の制御の安定性を保ちつつ、加速時の
制御の応答性を適度に高め、上記スワール制御弁の作動
の応答遅れに起因したノッキングの発生を効果的に防止
することができるエンジンの吸気装置を提供するもので
ある。

（発明の構成） 本発明は、吸気スワールを調整するスワール制御弁を吸
気通路に設けたエンジンの吸気装置において、エンジン
の運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンの
加速時を検出する加速検出手段と、エンジンに発生する
ノッキングの強さを検出するノッキング検出手段と、上
記スワール制御弁の開度に関連する信号を検出する開度
検出手段と、上記信号の運転状態に適合した目標値を記
憶した記憶手段と、上記運転状態検出手段および開度検
出手段の出力を受け、上記信号の検出値と運転状態に応
じて上記記憶手段から読出した目標値とを比較して上記
スワール制御弁の開度をフィードバツク制御するフィー
ドバツク制御手段と、上記加速検出手段およびノッキン
グ検出手段の出力を受け、加速時に、ノッキングの強さ
の検出値に基づいて求めた制御利得増加量だけ、上記フ
ィードバツク制御手段によるフィードバツク制御の制御
利得を大きくする制御利得変更手段とを設けたものであ
る。

つまり、通常時は制御の安定性を保つため上記制御利得
をあまり大きくせず、運転状態が急激に変化する加速時
には、ノッキングの強さの検出に基づいて上記制御利得
を大きくすることにより、ノッキングを抑えることがで
きる程度に、加速時の運転状態の変化に対するスワール
制御弁の開度が変化の応答性を高めるようにしたもので
ある。

（実施例） 第１図は本発明装置の全体構造の一実施例を示す。この
図において、エンジンのシリンダ１に形成された燃焼室
２に吸気を供給する吸気通路３には、スロットル弁４の
下流に高負荷用吸気通路５および低負荷用吸気通路６が
形成されており、吸気通路３の下流端は上記燃焼室２に
開口し、その開口部７に吸気弁８が装備されている。上
記高負荷用吸気通路５は通路面積が比較的大きく形成さ
れ、上記開口部７に連通しており、この高負荷用吸気通
路５中には蝶形弁等からなるスワール制御弁（以下、実
施例では制御弁という）９が介設されている。また、低
負荷用吸気通路６は、高負荷用吸気通路５と比べて通路
面積が小さく、高負荷用吸気通路５に沿つてその下方に
形成されており、上記制御弁９の上流の高負荷用吸気通
路５から分岐し、下流端が上記吸気弁８の直上流で高負
荷用吸気通路５に開口している。

上記低負荷用吸気通路６の下流端はシリンダ１の接線方
向に向けて開口し、この低負荷用吸気通路６を通る吸気
を燃焼室２の周方向に供給するようにしている。一方、
上記高負荷用吸気通路５の下流端付近は、吸気通路３に
対してシリンダ１の軸線方向に開口するように屈曲もし
くは湾曲した形状となつている。したがつて、上記制御
弁９が閉じられたときには、この制御弁９によつて高負
荷用吸気通路５が遮断された状態で低負荷用吸気通路６
のみから燃焼室２に吸気が供給されることにより、吸気
流速が高められるとともに燃焼室２内に強い吸気スワー
ルが生じ、制御弁９が開かれると、高負荷用吸気通路５
から吸気が供給されることにより吸気抵抗が軽減される
とともに吸気スワールが抑制され、制御弁９の開度に応
じて吸気流速、吸気抵抗および吸気スワールの強さが調
節される構造となっている。

上記制御弁９は、低負荷時に閉じ、運転状態に応じて開
度が変化するように、リニアソレノイド等からなるアク
チユエータ１０を介し、マイクロコンピュータ等で構成
したコントロールユニット１１により制御されている。
上記コントロールユニット１１には、スロットル弁４下
流の吸気負圧を検出することによって負荷を検出する負
圧センサ１２と、エンジン回転数を検出する回転数セン
サ１３と、前記アクチュエータ１０の作動量を検出する
ことによって制御弁９の開度を検出するポテンショメー
タ１１４と、エンジンに発生するノッキングの強さを検
出するノッキングセンサ（ノッキング検出手段）１５と
からの各検出信号が入力されている。上記負圧センサ１
２および回転数センサ１３は運転状態検出手段を構成
し、ポテンショメータ１４は制御弁９の開度に関連する
信号を検出する開度検出手段とからなる。また、コント
ロールユニット１１内では、上記負圧センサ１２の出力
に基いて吸気負圧の変化率を調べることによりエンジン
の加速状態を検出するようにし、加速検出手段を構成し
ている。

上記コントロールユニット１１は、メモリ（記憶手段）
１６と、ＣＰＵ等からなる制御部１７とを有し、上記メ
モリ１６に、第２図に示すように、制御弁９の目標開度
φ_０が吸気負圧Ｐｉおよびエンジン回転数Ｎに対応づけ
たマップとして予め記憶されている。上記目標開度φ_０
は基本的には低負荷時に最小開度とされ、高負荷高回転
時に開度が大きくなるようにし、種々の運転状態に適合
するように設定されている。

また、上記制御部１７は、制御弁９の開度をフィードバ
ツク制御するフィードバツク制御手段と、制御利得変更
手段とを構成している。すなわち、この制御部１７は、
上記負圧センサ１２および回転数センサ１３によって検
出される運転状態に応じた目標開度φ_０をメモリから読
出し、この目標開度φ_０とポテンショメータ１４の出力
とを比較して制御弁９の開度をフィードバツク制御する
とともに、その制御利得Ｇを、加速時には通常時よりも
大きくしている。

当実施例では、通常時の制御利得となる基本的な制御利
得Ｇを、第３図に示すように、制御弁９の目標開度φ_０
が小さくときには比較的小さくして目標開度φ_０が大き
くなるほど大きくするように設定している。

基本的な制御利得Ｇを上記のように制御弁９の目標開度
φ_０に応じて変えているのは、燃焼室２内に生じるスワ
ールの強さが、制御弁９の開度が小さい範囲にあるとき
にはその開度変化に伴つて大きく変動することから、制
御弁９の開度が小さいときに急激に制御弁９の開度が変
化すると制御の安定性が悪くなり、一方、制御弁９の開
度が大きいときに制御弁９の開度変化が緩慢であると応
答性が悪くなるためである。この制御弁９の目標開度φ
_０に応じた基本的な制御利得Ｇも予め前記メモリ１６に
記憶され、メモリ１６によつて読出されるようにしてい
る。

また、加速時の制御利得Ｇの増加量ΔＧを適正に調整で
きるように、加速時に前記ノッキングセンサ１５の出力
を受け、その出力（ノッキングの強さの検出値）に基づ
いて適正な制御利得増加量ΔＧを求めるようにしてい
る。つまり加速時には負荷の増大に伴つて制御弁９が開
方向に制御されることになるが、この際に、点火時期は
制御弁９が開かれてスワールが抑制される状態での適正
時期となるように調節されるのに対し、応答遅れが生じ
ると、制御弁９が適正値よりも閉じぎみとなって吸気流
速および吸気スワールが必要以上に高くなることによ
り、火炎伝播速度が過度に速い状態で比較的早めに点火
が行われてノッキングが生じ易くなる。このため、ノッ
キングセンサ１５の出力に応じて上記増加量を加減すれ
ば適正な調整を行い得る。そして、このようにして求め
た上記増加量は、学習値としてメモリ１６内の学習マッ
プに書込み、その後はこの学習マップから上記増加量を
読み出すようにしている。上記学習マップは運転状態
（吸気負圧、エンジン回転数）および加速度に対応させ
て上記増加量を書換え可能に記憶するものである。

第４図は上記制御部１７による制御の具体例を示すフロ
ーチャートである。このフローチャートはエンジンが作
動されたときにスタートし、先ずステップＳ_１で吸気負
圧Ｐｉ、エンジン回転数Ｎおよび制御弁９の開度φを読
込む。次にステツプＳ_２で、現実の吸気負圧Ｐｉおよび
エンジン回転数Ｎに応じて第２図のマップから読出した
値ｆ（Ｎ，Ｐｉ）を目標開度φ_０と設定する。続いてス
テップＳ_３では、第３図に示すような対応関係を以つ
て、ステップＳ_２で設定された目標開度φ_０に対応する
値ｆ′（φ_０）を制御利得Ｇと設定する。

次にステップＳ_４，Ｓ_５で、吸気負圧の前回検出値Ｐ
_i-1と今回補正値Ｐｉとから吸気負圧の変化率（Ｐｉ−
Ｐ_i-1）／Ｐｉを加速度αとして求め、この加速度αが
所定の基準値Ｃ_１より大きいか否かを調べ、基準値Ｃ_１
より大きいときに加速状態であると判定する。そして、
加速状態でないときはステップＳ_６で後述の制御利得増
加量ΔＧを０とする。

加速状態にあるときは、ステップＳ_７で、そのときの運
転状態および加速度αに応じた制御利得増加量ΔＧがす
でに学習されたか否かを調べ、例えば後述のステップＳ
_８〜Ｓ₁₀による処理が同一運転状態で所定数回行なわれ
たか否かによって学習の有無を調べる。そして未学習の
状態であれば、ステップＳ_８〜ステップＳ₁₀で、ノッキ
ングセンサ１５の出力Ｖに所定の係数Ｃ_２を乗算するこ
とによって制御利得増加量ΔＧを求めるとともに、この
制御利得増加量ΔＧを、そのときの運転状態および加速
度αに応じた学習値として学習マップに書込み、既学習
の状態であれば、ステップＳ₁₁で学習マップから制御利
得増加量ΔＧを読出す。

ステップＳ_６，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁のいずれかに続いて、ステッ
プＳ₁₂で、基本の制御利得に制御利得増加量ΔＧを加算
し、これによって加速時には制御利得Ｇを大きくする。

次にステップＳ₁₃〜ステップＳ₁₅で、制御弁９の現実の
開度（ポテンショメータ１４の出力）φと目標開度φ_０
とを比較し、いずれが大きいかに応じ、制御弁９を開方
向に作動させるか閉方向に作動させるかを決める符号値
ｉを１または−１とし、つまり目標開度に近付ける方向
に制御弁９を作動させるように符号値ｉを決める。続い
てステップＳ₁₆で［φ＝φ＋ｉＧ］と演算し、つまり制
御弁９の開度φを上記制御利得Ｇ分だけ閉方向または開
方向に変化させる演算を行い、ステップＳ₁₇でこの演算
結果に応じて制御弁９を駆動する。そして、以上のステ
ップＳ_１〜Ｓ₁₇の処理を繰返すことによつて制御弁９の
開度が目標開度となるようにフィードバツク制御を行
う。

以上のフローチャートに従つた制御により、運転状態に
応じて制御弁９の開度が適正に制御され、吸気流速、吸
気スワール、吸気抵抗等の吸気供給状態が運転状態に適
合するように制御されることとなる。特に本発明では、
通常時に制御の安定性を阻害しない程度に基本の制御利
得Ｇを設定するとともに、加速時には制御利得Ｇを大き
くしているので、加速時の運転状態の変化に対して応答
性良く制御弁９の開度が変化し、従って吸気流速、吸気
スワールおよび吸気抵抗等の吸気供給状態が応答性良く
変動し、応答遅れに起因したノッキングの発生や出力低
下を防止することができる。

とくに、加速時における制御利得の増加量ΔＧを、ノッ
キングの強さの検出値に基づいて求めているため、確実
にノッキングを回避することができる。

なお、上記実施例では制御弁９の制御についてのみ示し
たが、第５図に示すように、上記の制御に加えて点火時
期も補正するようにすれば、より確実にノッキングの発
生を防止することができる。すなわち、第５図（Ａ）〜
（Ｃ）は負荷に相当するスロットル弁４の開度と、制御
弁９の開度、点火時期の時間変化を対応づけて示したも
ので、ｔ_１〜ｔ_２は加速状態にある時期であり、この期
間はスロットル弁４の開度変化に応じて制御弁９の開度
が変えられる。そしてこの場合、制御利得を変えない従
来装置によれば、第５図（Ｂ）に２点鎖線２１で示すよ
うに制御弁９の開度変化が要求値（破線２２）から大き
く遅れるのに対し、加速時の制御利得を大きくした本発
明によれば、実線２３に示すように制御弁９の開度変化
の応答性が高められる。但しこのようにしても、制御弁
９の作動の機械的な応答遅れにより、加速初期には多少
の開き遅れが生じる。これに対し、加速時には、点火時
期を、第５図（Ｃ）に実線２４で示すように、本来の運
転状態に応じた点火時期（破線２５）よりも遅角側に補
正し、加速後に本来の点火時期に復帰させるようにすれ
ば、上記制御弁９の作動の機械的な応答遅れによつて燃
焼速度が速くなるときそれに見合うように点火時期が遅
らされることにより、ノッキングがより確実に防止され
ることとなる。

このほかにも本発明装置の具体的構造は種々変更可能で
ある。例えば、制御弁９の開度に関連する信号を検出す
る検出手段としては、上記実施例に示すポテンショメー
タ１４の代りに、制御弁９の弁軸の回動量を検出するも
の、あるいは制御弁９の前後の差圧を検出するもの等を
用いてもよい。また運転状態検出手段も上記実施例に限
定されず、例えば負圧センサ１２の代りに、スロットル
弁４の開度を検出するスロットル開度センサを用いても
よい。

また、本発明は、上記実施例のように低負荷用吸気通路
６の下流端が吸気弁８の直上流の高負荷用吸気通路５に
開口した形式のエンジンに限らず、低負荷用および高負
荷用の両吸気通路が独立してそれぞれ燃焼室に開口し、
その各開口部に吸気弁が装備された形式のエンジンにも
適用し得るものである。

（発明の効果） 以上のように本発明は、スワール制御弁の開度を運転状
態に応じてフィードバツク制御する場合に、その制御利
得を加速時に大きくしているため、通常時の制御の安定
性を保ちつつ、加速時の運転状態の変化に応じたスワー
ル制御弁の開度変化の応答性を高めることができ、加速
時の応答遅れに起因したノッキングの発生や出力低下を
防止することができる。とくに、ノッキングの強さの検
出値に基づいて求めた増加量だけ加速時における制御利
得を大きくしているため、加速時のスワール制御弁の開
度変化の応答性を適度に高め、確実にノッキングを抑制
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す概略図、第２図お
よび第３図はメモリに記憶された目標開度および制御利
得の説明図、第４図は制御のフローチャート、第５図
（Ａ）〜（Ｃ）は上記制御に加えて点火時期も制御する
場合のスロットル弁の開度、制御弁の開度および点火時
期の変動関係説明図である。 ３…吸気通路、４…スロットル弁、５…高負荷用吸気通
路、６…低負荷用吸気通路、９…制御弁、１１…コント
ロールユニット、１２…負圧センサ、１３…回転数セン
サ、１４…ポテンショメータ、１５…ノッキングセン
サ、１６…メモリ、１７…制御部（フィードバツク制御
手段および制御利得変更手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服平 次男 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−138723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−60032（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気スワールを調整するスワール制御弁を
   吸気通路に設けたエンジンの吸気装置において、エンジ
   ンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジン
   の加速時を検出する加速検出手段と、エンジンに発生す
   るノッキングの強さを検出するノッキング検出手段と、
   上記スワール制御弁の開度に関連する信号を検出する開
   度検出手段と、上記信号の運転状態に適合した目標値を
   記憶した記憶手段と、上記運転状態検出手段および開度
   検出手段の出力を受け、上記信号の検出値と運転状態に
   応じて上記記憶手段から読出した目標値とを比較して上
   記スワール制御弁の開度をフィードバツク制御するフィ
   ードバツク制御手段と、上記加速検出手段およびノッキ
   ング検出手段の出力を受け、加速時に、ノッキングの強
   さの検出値に基づいて求めた制御利得増加量だけ、上記
   フィードバツク制御手段によるフィードバツク制御の制
   御利得を大きくする制御利得変更手段とを設けたことを
   特徴とするエンジンの吸気装置。