JPS59126049A - 可変圧縮比エンジンの吸気装置 - 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】 本発明は、可変圧縮比エンジンの吸気装置に関するもの
である。

従来のエンジンにお込ては、ノッキングの発生を防止す
るため、ノッキング検出器によりノッキングを検知して
点火時期を遅角化する方向に制御するようにしていた。

しかしながら、このような従来のエンジンにおいては、
高負荷時に点火時期が大幅に遅角化し熱効率が低下する
という問題があった。そこで、実開昭５６−７９６３９
号においては、ノッキング検出器の検知強度に対応し、
エンジンの燃焼室容積を制御して圧縮比を最適に制御す
ることによシ、熱効率を低下させることなくノッキング
の発生を防止することができる可変圧縮比エンジンを提
案している。

一方、特開昭５４−７４０２１号等におりては、主にア
イドル運転時や極低負荷運転時の燃費の向上を図るため
、エンジンの運転状態に応じて気筒に吸入される吸気の
スワールを制御する吸気スワール制御装置を備えるエン
ジンの吸気装置が提案されている。この吸気スワール制
御装置は、アクセルぜダルに連動して操作されるスロッ
トル弁下流の吸気通路を分割して形成した１次側吸気通
路と２次側吸気通路のうち２次側吸気通路に介設された
副スロツトル弁を備えてなるものである。この吸気スワ
ール制御装置を備えたエンジンの吸気装置は、吸気量の
少ないエンジンのアイドル運転や極低負荷運転域では、
上記副スロツトル弁を全開して１次側吸気通路のみから
吸気を供給して吸気流速を速めることにより、燃焼室内
にスワールを形成して混合気の燃焼速度を向上させ、燃
費の向上を図るとともに、また吸気量が多いエンジンの
中高負荷運転域においては、上記副スロツトル弁を開き
、２次側吸気通路からも吸気を供給して充填効率を高め
、出力の向上を図ることができる。

本発明は、上記したような利点を有する可変圧縮比エン
ジンとスワール制御装置を備えた吸気装置とを組み合せ
ることにより、エンジンにおけるよシ望ましい燃焼性を
確保することを目的とするものである。

本件発明者等の研究によれば、ノック限界力・らの圧縮
比に対するスワール値の要求特性は、第１図に示したよ
うに圧縮比が大きくなればなる＃１どスワール値を小さ
くする必要があることが明ら７５）になった。

本発明は、この研究に基づくものであり、ノッキング検
出器を燃焼性容積可変装置とを備え、該ノッキング検出
器によりノッキングの発生を検出し之とき、前記燃焼室
容積可変装置により燃焼室容積が拡張され、これにより
圧縮比が低下させられる可変圧縮比エンジンの吸気装置
において、エンノンの運転状態に応じて気筒に吸入され
る吸気のスワールを制御する吸気スワール制御装置と、
圧縮比を検出する圧縮比検出装置と、該圧縮比検出装置
の検出信号を受−け、この検出信号によって示される圧
縮比が所定値以上低下したとき、前記吸気スワール制御
装置により制御される吸気のスワールを強める方向に補
正する補正装置とを設けたことを特徴とするものである
。

以上の構成の可変圧縮比エンジンの吸気装置においては
、ある値の圧縮比でエンジンの運転を行なっている場合
に、ノッキングが生じたとき、これを検知して燃焼室容
積を拡張し、圧縮比を低下させることによってノッキン
グの発生を防止するとともに、この圧縮比を低下させる
制御により該圧縮比が所定値より低くなったとき、上記
補正装置によって、上記スワール制御装置により制御さ
れる吸気のスワールを強める方向に補正するようにした
ので、ノック限界からの圧縮比に対するスワール値の要
求特性にマツチさせることができ、これによって充分な
スワール効果を引き出すことができる。

以下添付図面を＠照しつつ本発明の好ましい実施例によ
る可変圧縮比エンジンの吸気装置について説明す石。

菓２図は、本発明の吸気装置が装置される可変圧縮比エ
ンジンの１例を示す概略図である。

第２図において符号ＥＶｉ、可変圧縮比エン・シンを示
し、該エンジンＥＶｉ、通常のエンジンと同様シリンダ
１と、その上部に位置するシリンダヘッド２とを有して
いる。シリンダ１の内部には、ピストン３が摺動自在に
嵌合しており、その上方に燃焼室４が形成されている。

上記エンジンＥは、上記燃焼室の容積を制御できるよう
にする燃焼室容積可変装置（以下可変装か−と略称する
）５を備えて麿る。

上記可変装置５け、上記シリンダヘッド２内に形成され
、燃焼室４に開口するシリンダ孔６を有している。この
シリンダ孔６には、可変ピストン７が摺動自在に嵌合し
ておわ、この可変ピストン７は、シリンダ孔６内で上記
燃焼室４に向って、あるいはこの室から離れる方向に摺
動することによって、このシリンダ孔６内の燃焼室４に
開口する可変室８の容積を変化上せ、その結果燃焼室４
の実負的な容積を制御するようにしている。可変ピスト
ン７には、ピストンロッド９がその下端で連結されてお
り、該ピストンロッド９は、そこから上方に延びて、シ
リンダ１０内に摺動自在に嵌合するパワーピストンＩＩ
Ｋその上端が連結されている。

、７　＋７ンダ１０内の９間は、上記ピストン１１によ
って第１室１０ａと第２室１０ｂＫ分割されている。こ
のシリンダ１０の篤１室１０ａおよび第２室１０ｂには
、これらの室内に作動油を供給し、あるいはこノ１らの
室内から作動油を排出するための第１および第２通路１
２．１３がそれぞれ接続されている。これらの第１およ
び糖２通路１２．１３は、切換弁１４を介して作動油供
給通路１５あるいは作動油排出通路１６に接続されるよ
うになっている。作動油供給通路１５ば、油溜１７から
切換弁】４および通路１２あるｌ／１は１３を介してシ
リンダ１０の第１室１０ａまたげ第２室１０ｂに作動油
を供給するためのものであり、該通路１５にはポンプＰ
が設けられている。

上記切換弁１４内には、スプール１８が摺動自在に嵌合
しており、このスプール１８は、第１図にお込て弁１４
と通路１２との接続部より上方に位置する第１大径部１
８８、通路１２および１３との接続部の間に位Ｉｄする
第２大径部１８ｂ、通路１３との′ＪＪｊ、続部より下
方に位置する第３大径部１８Ｃ１およびこれらの大径部
の開に位置する第１および第２小径部１８ｄおよび１ｓ
ｅからなっている。このスプール１８は、外部から伝導
リンク１９を介して電磁ソレノイドであるアクチュエー
タ２０によってその位置の調節が行なわ引るようになっ
ている。このアクチュエータ２０ｔｒｉ、マイクロコン
ピュータ等により構成される制御回路２１からの励磁信
号ＤＩＫよって作動させられるようになっている。この
制御回路２１は、ノッキング検出器２２に接続されてお
り、このノッキング検出器２２Ｆｉ、気筒内に設けられ
ており、ノッキングを検出するとノッキング信号Ｓ１を
出力する□上記制御回路２１は、このノッキング信号Ｓ
１を受けたとき、上記励磁信号Ｄ１を後に詳細Ｋｎ明す
るように補正するようになっている。なお、可変ピスト
ン７の位置は、パワーピストン１１の位置を検出するポ
ジションセンサ２３によって検出されるようになってい
る。

次に第３図および第４図を参照し５て上記エンジンＥの
吸気装置１００について説明する。

この吸気装置１００は、吸気管部１０１、スロットル弁
１０２ａを備えたキャブレータ１０２および吸気マニホ
ルド１０３からなる０この吸気マニホルド１０３は、エ
ンジンＥの各気筒にそれぞれ別個に接続された吸気マニ
ホルド部分１０３ａからなっている。この吸気マニホル
ド部分Ｊｏ３ａの燃焼室４の近接部分の内部は、隔壁１
０４によって、通路面積が比較的小さく設定された１次
側吸気通路１０５ａと、通路面積が比較的大きく設定さ
れた２次側吸気通路１０５ｂとに区画形成されてｂる。

２次側吸気通路１０５ｂには、それぞれ該通路１０５ｂ
を開閉する両スロットル弁１０６が配設されている。こ
れらの副スロツトル弁１０６は、共通のバルブシャフト
】０７に固着されており、このバルブシャフト】０７は
、その長手方向軸線のまわりに回転できるようになって
いる。副スロツトル弁】０６は、このバルブシャフト１
０７が回転するとき、同時に回転して吸気マニホルド部
分】０３ａの２次側吸気通路１０５ｂを開閉するように
なっている。バルブシャフト１０７には、伝動［措１０
８を介して電磁ソレノイドであるアクチュエータ１０９
が作動的に連結されている。

このアクチュエータ１０９け、マイクロコンピュータ等
から構成される副スロツトル弁制御回路１１０に接続さ
れ、この回路１］０からの励磁信号Ｄ２を受け、この励
磁信号０２に応じてバルブシャフト１０７を回転させて
、副スロツトル弁】０６の開閉を制御するようになって
いる。副スロツトル弁制御回路１１０の入力端には、エ
ンジン負荷を検出するため吸気管負圧を検出し、該負圧
に応じた負圧信号Ｓ２を出力する負圧センサ］１１、ｉ
−よび上記ポジションセンサ２３の出力端に接続さり、
ている。

なお、第４図中符号１１２は吸気ボートを、符号】１３
は排気ポートをそれぞれ示し、該吸気ボー４１１２には
上記成句マニホルド１０３が、排気ポート１１３には排
気マニホルド１１４が、それぞれ接続されている。上記
吸気ボート１１２および排気ｙＪＷ−１１１３には、そ
れぞれ吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６が設け
られてお〃、これらの吸気および排気バルブ１１５およ
び１１６は、動弁機構１１７によってエンジンの回転に
同期してそれぞれ所定のタイミングで開閉させられるよ
うになっている。

次に駆５図を参照して、上記制御回路２１および副スロ
ツトル弁制御回路１１０の詳細について説明する。

まず、副スロツトル弁制御回路１１０について説明する
と、この副スロツトル弁制御回路１１０は、副スロツト
ル弁１０６を開閉制御するための副スロツトル弁開閉制
御データＯｓ　　（第６図参照）を発生する副スロツト
ル弁開閉制御データ発生器３４０を有している。この副
スロツトル弁開閉制御データＤｓは、本出願人の出願中
の特許出願中にも粁細に説明されてしるように、燃料消
費率を最小とすることのできる副スロツトル弁開度と吸
気負圧の関係を示すものである。上記データは、本出願
の発明者等の実験結果によるものであり、吸気負圧−５
２０ｍｍＨｇ　　以上のアイドル運転を含む工〉′ジン
の極低負荷運転時には、副スロツトル弁を全閉（０°）
に維持することによって燃料消費率を最小とすることが
できるとともに、最も頻繁に使用される成句負圧−５２
０〜−１５０ｍｎ　Ｈｇの範囲のエンジンの低中負荷運
転時には、副スロツトル弁を例えば２０度程度の比較的
低い開度に一定に保持することにより、この運転域にお
ける燃料消費率を最小にできることを示している。

上記データ発生器１４０の入力端には、上記負圧センサ
１１１の出力端が接続されており、該データ発生器１４
０は、負圧センサ１１１からの負圧信号Ｓ２を受け、こ
の負圧信号Ｓ２を上記ｆ　−タＤｓ　Ｋ照し、該負圧信
号Ｓ２に応じた副スロツトル弁開度を読み出し、この副
スロツトル弁開度を示す開度信号を出力する。データ発
生器１４０の出力端には、駆動回路１４１が接続されて
おり、この駆動回路１４１は、上記開度信号を受けて、
この信号に応じた励磁信号ｐ２をアクチュエータ１０９
に出力する。アクチュエータ］　Ｏ５ＩＮ−１、コの励
磁信号Ｄ２に応じて作動して、負荷に応じた開度に副ス
ロットル弁１０６０開度を訓節し、これによって燃焼室
４内に望ましい吸気のスワールを得木。なお、後にに９
明する目的のため、上記駆動し奮１４１とアクチュエー
タ１０９の間には減算器１４２が設けられて因る。

一方、制御回路２１は、第７図に示すようなスロットル
開度、エンジン回転数についての圧縮比−スロットル開
度特性を示すデータを記憶した関数電圧発生器１４３を
有している。この関数電圧発生器１４３の一方の入力端
には、スロットル開度を検出して、スロットル開度信号
Ｓ３を出力するスロットル開度センサ１４４が、また他
方の入力端には、エンジン回転むを検出（、て、エンジ
ン回転数信号Ｓ４を出力するエンジン回転数センサ１４
５が、それぞれ接続されている。関数電圧発生器１４３
は、上記スロットル開度信号Ｓ３およびエンジン回転数
信号Ｓ４を入力し、まずエン・シン回転数信号Ｓ４に示
されたエンジン回転数に応じた圧縮比−スロットル開度
特性ｆ１１を銃み出し、この銃み出した圧縮比−スロッ
トル特性にスロットル開度信号Ｓ３を照し、この信号Ｓ
３に応じた圧縮比を読み出す。そして、この圧縮比に対
応する可変ピストン７の位置に関する設定ポジション信
号Ｓ６を出力する。

この関数電圧発生器１４３の出力端は、加算器１４６の
一方の入力端に接続されており、この加算器１４６の他
方の入力端には、第１般定電圧ｖ１を発生する第１設定
電圧発生器］４７の出方端が接続されている。この第１
設定電圧発生器１４７の入力端には、ノッキング検出器
２１の出力端が接続されている。このノッキング検出器
２２は、例えば第５図に示されているようにエンジンの
振動を検出する振動センサ２２ａと、この振動センサ２
２８からの出力信号に基づきノッキングの発生を判定す
るノック判定器２２ｂとからカリ、ノッキングが発生し
ていると判定したとき、上記ノッキング信号Ｓｌを出力
する。上記第１設定電圧発生器１４７は、上記ノッキン
グ信号ｓ１を受けたとき、上記第１設定電圧ｖ１を発生
ずる。

加算器１４６は、上記設定ポジション信号Ｓ６と第１設
定電圧Ｖ】とを加算し、それを出方する。

この加算器１４６の出力端は、演算増幅器２００の一方
の入力端に接続されており、この演算増幅器１４７の他
方の入力端にはポジションセンサ２３の出力端が接続さ
れてｂる。この？ジションセンサ２３け、上記したよう
にパワーピストン１１の位置を検出することによってピ
ストン７の位置を検出し、ポジション信号Ｓ５を出力す
るようになっている。上記演算増幅器２００は、該ポジ
ション信号Ｓ５と上記加算器１４６の出力信号を比較し
、その差信号を出力する。この演算増幅器２００の出力
端は、アクチュエータ２０を作動するための駆動回路１
４８に接続されており、この駆動回路１４８に、上記演
算増幅器２００から差信号を受け、この差信号に応じた
励磁信号Ｄ１をアクチュエータ２０に出力する。このア
クチュエータ２０は、この励磁信号Ｄ１を受けて作動し
、切換弁１４のスプール１８の位置を調節して、シリン
ダｌＯへの作動油の供給を制御し、これによってピスト
ン７の位置を調節する。以上により、室８の容積を調節
して圧縮比の制御を行なう。

以上の圧縮比制御によれば、ノッキング発生時に第１設
定電圧発生器】４７が発生する第１設定頂圧ｖ１を関数
電圧発生器１４３からの出力信号Ｓ６に加えて、この加
算された信号によってアクチュエータ２０を制御し、こ
れによって室８の容積を更に拡張して圧縮比を下げ、ノ
ッキングを回避できる。このように圧縮比を下げた場合
には、第１図の特性線図に示されているように、ノッキ
ングを発生させることなくスワールを強めることができ
る。

そこで本発明の副スロツトル弁制御回路１１０には、ス
ワール補正回路１４９が設けられて込る・このスワール
補正回路１４９け、上記ポジションセンサ２３の出力端
に一方の入力端が接続された比較器１５０を有している
。この比較器１５０＃′ｉ、その他方の入力端に基準電
圧発生器１５１が接続されており、上記ポジションセン
サ２３からの？ジション信号Ｓ５と、基準電圧発生器１
５１が発生する電圧Ｖ、　　とを比較し、信号Ｓ５が電
圧Ｖ「より小さいとき、すなわちピストン７が所定値以
上上昇し、圧縮比が所定値以上となったとき、Ｈ１信号
を出力るようになっている。比較器１５０の出力端には
、この比較器１５０から出　信号を受けたとき、第２設
定電圧ｖ２を発生する第２設定電圧発生器１５２が接続
されている。この第２設定電圧発生器１５２の出力端は
、上記減算器１４２の他方の入力端に接続されている◎ スワール補正回路１４９は、以上のような構成を有し、
比較器】５０によって圧縮比がＤｒ定値以上に下ったこ
とを検出したとき、減算器１４２によって駆動回路１４
１からの励磁信号Ｄ２から第２設定電圧■２を減算し、
とのｏ２−ｖ２の値の信号によってアクチュエータ１０
９を作Ｍ　させる〇こハによって、副スロツトル弁開度
を第６図に笑線で示した通常の値よりも下げ、１点鎖線
で示したような値とし、その結果スワールを強めて、第
１図に示した要求スワール−圧縮比特性に近づけ、良好
な燃焼特性を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ノック限界からの圧縮比に対するスワールの
要求特性を示すグラフ、 ＃１２図は、本発明の吸気装置が装着される可変圧縮エ
ンジンの１例を示す概略図、 第３図は、本発明の実施例による吸気＠置の概略図、 躯４図は、第５図の線１−１に沿う断面図、第５図は、
圧縮比を制御するための制御回路と副スロツトル弁制御
回路の具体的な電気回路を示す回路図、゛ ７８６図は、副スロツトル弁開閉制御データを示すグラ
フ、 第７図は、圧縮比−スロットル開度特性を示すグラフで
ある。 Ｅ・・・エンジン、４・・・燃焼室、５・・・燃焼室容
積可変装置、２１・・・制御回路、２２・・・ノッキン
グ検出器、２３・・・ポジションセンサ、１０６・・・
副スロツトル弁、１１０・・・副スロツトル弁制御回路
、１４９・・・スワール補正回路。 特許出願人　東洋工秦株式会社 第１図 第２図 第３図 工」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノッキング検出器と燃焼室容積可変装置とを備え、該ノ
   ッキング検出器によりノッキングの発生を検出したとき
   、前記燃焼室容積可変装置により燃焼室容積が拡張され
   、これにより圧縮比が低下させられる可変圧縮比エンジ
   ンの吸気装置において、エンジンの運転状態に応じて気
   筒に吸入される吸気のスワールを制御する吸気スワール
   制御装置と、圧縮比を検出する圧縮比検出装置と、該圧
   縮比検出装置の検出信号を受け、この検出信号によって
   示される圧縮比が所定値以上低下したとき、前記吸気ス
   ワール制御装置により制御される吸気のスワールを強め
   る方向に補正する補正装置にとを設けたことを特徴とす
   る可変圧縮比エンジンの吸気装置□。