JPH0116964B2 - - Google Patents

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JPH0116964B2
JPH0116964B2 JP57180412A JP18041282A JPH0116964B2 JP H0116964 B2 JPH0116964 B2 JP H0116964B2 JP 57180412 A JP57180412 A JP 57180412A JP 18041282 A JP18041282 A JP 18041282A JP H0116964 B2 JPH0116964 B2 JP H0116964B2
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JP
Japan
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engine
intake
exhaust valve
stepping motor
shaft
Prior art date
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JP57180412A
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JPS5968509A (ja
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Seishi Wataya
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、吸入弁および排気弁を有する4サ
イクルのエンジンの吸入弁および排気弁の開閉時
期を制御するエンジンの吸排気弁制御装置に関す
る。
従来、4サイクルエンジンは第1図に示すごと
くに構成されており、この第1図における1は吸
気弁である。この吸気弁1は燃料と空気の混合気
をシリンダ9内に吸入するためのものである。こ
の吸入弁1はカム3により作動するようになつて
おり、カム3はクランク軸6に連動して回転し、
それによつて吸気弁1を作動させるようになつて
いる。
また、排気弁2は燃焼後のガスをシリンダ9か
ら外部へ排出するためのものであり、この排気弁
2はカム4により作動するようになつている。カ
ム4はカム3と同様に、クランク軸6に連動して
回転することにより、この排気弁2を作動するも
のである。
クランク軸6はピストン5に連結されており、
ピストン5はシリンダ9内を往復運動するもので
ある。このシリンダ9内に吸気管7を通して混合
気が導かれ、排気管8を通してシリンダ9内の排
出ガスを外部に導くようになつている。
以上のように構成された従来の4サイクルエン
ジンにおいては、ピストン5の往復運動に連動し
て、吸気弁1、排気弁2が開閉し、吸入−圧縮−
爆発−排気の工程が繰り返されるが、クランク軸
6の1/2の回転数で回転し、吸気弁1、排気弁2
を作動させるカム3および4の形状(すなわち、
吸気弁1、排気弁2の開閉時期)はあらゆる運転
状態に対して、エンジンの燃焼に著しい支障が生
じないように決められている。
すなわち、第2図に示すように、吸気弁1は吸
入工程の始まる上死点以前(θSB)で開き、吸入
工程の終る下死点を通り過ぎた位置(θSA)で閉
じる。
一方、排気弁2は排気工程の始まる下死点以前
(θEB)に開き、排気工程が終る上死点を過ぎた位
置(θEA)で閉じる。
このように、吸気弁1を早目に開き、遅目に閉
じるのは、エンジンの高回転作動時に空気慣性の
作用によつて吸入効率が低下するのを補なうため
である。また、排気弁2の開閉時期はポンピング
損失やブローダウン損失を考慮して決められてい
る。
吸入効率を大きく支配するのは吸気弁1の閉弁
時期であり、高回転側ほど閉弁時期θSAを遅らせ
るのがよいが、低回転側では、閉弁時期θSAが遅
いと、圧縮工程にある混合気が吸気管7に逆流す
ると云う不具合が生ずる。
したがつて、閉弁時期θSAは低回転から高回転
までエンジンを支障なく運転できるようにするた
めの妥協点に設定せざるを得ないので、第3図の
実線で示すように、高回転側では必然的に吸入効
率が低下し、エンジンの出力トルクが減少すると
云う欠点を有していた。
また、排気弁2の開閉時期についても、ポンピ
ング損失とブローダウン損失の和がエンジンの運
転状態のうち使用頻度の多い領域において小さく
なるように、開閉角度が設定される。したがつ
て、第4図に示すように、エンジン回転数の増大
にともなつて、ポンピング損失を主体としたトル
ク損失が増加すると云う欠点を有していた。
この発明は、上記従来の欠点を除去するために
なされたもので、吸気弁、排気弁を作動させるカ
ムをクランク軸と機械的に結合せずに、ステツピ
ングモータによつて駆動し、このステツピングモ
ータに与える歩進パルスをエンジンの回転数など
の各種パラメータによつて制御することにより、
クランク軸の回転角に対するカムの回転角を任意
に可変して、吸排気弁の開閉時期を常に最適値と
なるようにできるエンジンの吸排気弁制御装置を
提供することを目的とする。
以下、この発明のエンジンの吸排気弁制御装置
の実施例について図面に基づき説明する。第5図
はその一実施例の構成を示すブロツク図である。
この第5図において、20は回転体であり、この
回転体20はクランク軸6に連結されている。こ
のクランク軸6は第1図で示したクランク軸と同
一のものである。
回転体20の外周面に対向してクランク角セン
サ21が配設されている。クランク角センサ21
は回転体20の所定の回転度(たとえば、1度単
位)にパルス信号を出力するものである。
クランク角センサ21の出力信号は第7図bに
示すように、クランク軸6の所定回転角ごとにパ
ルス信号を出力するとともに、上死点TDCおよ
び下死点BDCの位置を識別する信号をも出力す
る。
この識別信号はたとえば、回転体20に切り欠
きを設け、クランク角センサ21を磁気検出形ま
たは光式とした場合、第6図のごとく回転体20
の円周方向に設けられた微少角度単位の歯20a
の他に、180゜ごとに幅の広い歯20bを設けるこ
とによつて得ることができるし、上死点および下
死点検出専用のクランク角センサを用いることに
よつても可能である。
なお、ここでは、回転体20をクランク軸6に
直結した場合について説明したが、回転体20を
クランク軸6以外、たとえば、配電器駆動用のシ
ヤフトに結合してもよいことは云うまでもない。
ここで、説明を再び第5図に戻す。クランク角
センサ21で発生されたパルス信号はパルス駆動
制御回路22、回転数検出回路23に送られるよ
うになつている。パルス駆動制御回路22はクラ
ンク角センサ21が発生するパルス信号に同期し
て、メモリ24に収納されたデータに基づき出力
信号を発生し、ステツピングモータ25,26を
駆動するものである。
また、回転数検出回路23はクランク角センサ
21から出力されるパルス信号の周期の計測また
は所定時間内におけるパルス数を計数することに
より、エンジンの回転数を検出するものである。
このエンジンの回転数に対する吸気弁1、排気
弁2の開閉時期はメモリ24により予め記憶され
ており、このメモリ24の記憶内容は上述したご
とくパルス駆動制御回路22に送られ、このパル
ス駆動制御回路22はこのメモリ24の記憶内容
に基づいてステツピングモータ25,26を駆動
するようになつている。
ステツピングモータ25によつて、シヤフト2
7が駆動されるようになつており、このシヤフト
27にカム3が機械的に連結されている。カム3
は第1図で示したカム3と同様であり、このカム
3により吸気弁1を作動させるようになつてい
る。
同様にして、ステツピングモータ26によつて
シヤフト28が駆動されるようになつており、こ
のシヤフト28にカム4が機械的に連結されてい
る。カム4も第1図で示したカム4と同一のもの
である。このカム4によつて排気弁2が作動され
るようになつている。
次に、以上のように構成されたこの発明のエン
ジンの吸排気弁制御装置の動作について、第7図
および第8図を併用して説明する。まず、第7図
aはエンジンの爆発、排気、吸入、圧縮の工程を
示すものであり、この第7図aに示すように、エ
ンジンが吸入−圧縮−爆発−排気の工程を繰り返
して回転すると、第7図bに示すように、クラン
ク角センサ21がクランク位置信号(パルス信
号)を発生する。
このクランク位置信号はパルス駆動制御回路2
2および回転数検出回路23に送られる。エンジ
ンのある回転数において、パルス駆動制御回路2
2の出力の一つである吸気弁用のステツピングモ
ータ25の駆動パルス(第7図e)はメモリ24
のデータに基づいてクランク位置信号の2パルス
に対して1パルスの割合で発生しているので、ス
テツピングモータ25の回転角、すなわち、吸気
弁用のシヤフト27の回転角は第7図fのように
歩進し、予め定められたカム3の形状で決まる吸
気弁1の開弁角度α1に達すると、吸気弁1が第
7図cのように開弁する。
ステツピングモータ25がさらに歩進し、シヤ
フト27の回転角が第7図fに示すように回転角
α2に達すると、第7図cのように吸気弁1は閉
弁する。
第8図は第7図よりもエンジン回転数が高い場
合の動作を表わしたものであり、メモリ24に予
め記憶されたエンジン回転数に対する吸気弁1の
開閉時期データにしたがつてクランク位置に同期
したステツピングモータ25の駆動パルスは吸気
弁1が第8図bに示す上死点TDC1前のθSB2(第
8図b)なる位置で開弁するように(つまり、シ
ヤフト27の回転角が第8図fに示すようにα1
に達するように)間引き出力される。
すなわち、第7図においてはクランク位置信号
のパルス数の1/2のパルス数でステツピングモー
タ25を駆動しているのに対して、第8図ではク
ランク軸の下死点BDC1通過後、クランク位置
信号のパルス数に対して1/2以上のパルス数をス
テツピングモータ25に印加し、クランク軸6に
対するシヤフト27の回転角を早めている。した
がつて、吸気弁1の開弁時期(位置)θSB2は第7
図に示す開閉時期θSB1よりも大きくなる。
一方、吸気弁1の閉弁についてもメモリ24に
予め記憶されたデータにしたがつてクランク位置
信号に同期したパルス信号の間引の割合を大きく
し、シヤフト27の回転角α2に達する時期を遅
らせて閉弁時期θSA2を第7図の閉弁時期θSA1より
も遅く制御する。
第7,8図には図示していない排気弁用のステ
ツピングモータ26の駆動パルスも吸気弁用のそ
れと同様にして制御される。このような構成によ
れば、シヤフト27,28のクランク軸6に対す
る回転角をステツピングモータ25,26へ印加
する駆動パルス列の時期制御によつて任意に可変
することが可能となるので、吸気弁1、排気弁2
の開閉時期をエンジンの運転状態に合せて自在に
制御することができる。
一般に、エンジンの吸入効率は第9図に示すご
とく高回転時には吸気弁1の閉時期(下死点後)
が遅くなる程、吸入効率が向上するという特性を
有しているので、第10図に示すごとくエンジン
回転数に対する吸気弁1の閉弁時期の最適値をメ
モリ24に記憶させておき、この記憶内容にした
がつてステツピングモータ25を駆動制御するこ
とにより、第3図の破線で示すように高回転側に
も高い吸入効率が得られ、エンジンの出力トルク
が高回転側で低下するのを抑止できる。
さらに第11図に示すように吸気弁1の開弁時
期の最適値はポンピング損失とブローダウン損失
の和が最小になる点から求められ、エンジン回転
数の増大に伴つて開弁時期を早めることが望まし
い。この排気弁2の開弁時期も、排気弁2の場合
と同様の方法によつて容易に制御することができ
る。
また、吸気弁1の開弁時期と排気弁2の閉弁時
期の重なりすなわち、オーバラツプは高回転側で
は吸入効率向上の観点から大きい方がよいが、低
回転側では混合気の排気弁2からの吹き抜けや、
排気ガスのシリンダ内への逆流による不安定燃焼
を抑制するため小さい方がよく、エンジン回転数
に対する最適値が存在する。
これらの最適値も予めメモリ24に記憶してお
くことによつて、吸入効率と燃焼の安定性が両立
するように吸気弁1、排気弁2を制御できる。
ステツピングモータ25,26を歩進させる駆
動パルス列の基準位置は吸気弁1の場合には排気
工程の始まる下死点(第8図bのBDC1)また
は爆発工程の始まる上死点(第8図bのTDC2)
が適当であり、排気弁の場合には爆発工程の始ま
る上死点(第8図bTDC2)または圧縮工程の始
まる下死点(第8図bのBDC2)が適当である。
なお、上記説明において、エンジン回転数はク
ランク角センサ21の出力信号から算出するもの
としたが、点火信号などの回転数に対応した他の
信号を用いてもよいことは云うまでもない。
以上述べたように、この発明のエンジンの吸排
気弁制御装置によれば、エンジンの吸気弁および
排気弁の開閉時期の最適値を予めメモリに記憶さ
せ、この記憶内容にしたがつてシヤフトを駆動す
るステツピングモータのクランク軸に対する回転
角を制御して吸気弁、排気弁の開閉時期を制御す
るようにしたので、エンジンの回転数に対する吸
気弁および排気弁の開閉時期を線形のみならず非
線形にも任意に制御することができる。
したがつて、エンジン回転数の使用範囲全域に
わたつて吸入効率を向上させることができるとと
もに排気時の損失も減少し、エンジン出力の大幅
な向上と効率向上が図れ、著しい効果を発揮する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来およびこの発明のエンジンの吸排
気弁制御装置の構造を説明するためのエンジンの
断面図、第2図は従来のエンジンの吸排気弁制御
装置の動作説明図、第3図は従来およびこの発明
のエンジンの吸排気弁制御装置によるエンジン回
転数対吸入効率を示す特性図、第4図は従来のエ
ンジンの吸排気弁制御装置におけるエンジン回転
数対トルク損失を示す特性図、第5図はこの発明
のエンジンの吸排気弁制御装置の一実施例の全体
の構成を示すブロツク図、第6図はこの発明のエ
ンジンの吸排気弁制御装置に用いるクランク角セ
ンサの構成図、第7図aないし第7図fおよび第
8図aないし第8図fはそれぞれこの発明のエン
ジンの吸排気弁制御装置の動作を説明するための
波形図、第9図はこの発明のエンジンの吸排気弁
制御装置における吸気弁の閉時期対吸入効率比を
示す特性図、第10図は同上エンジンの吸排気弁
制御装置におけるエンジン回転数対吸気弁閉時期
の最適値を示す特性図、第11図は同上エンジン
の吸排気弁制御装置におけるエンジン回転数対排
気弁開時期の最適値を示す特性図である。 1……吸気弁、2……排気弁、3,4……カ
ム、6……クランク軸、20……回転体、21…
…クランク角センサ、22……パルス駆動制御回
路、23……回転数検出回路、24……メモリ、
25,26……ステツピングモータ、27,28
……シヤフト。なお、図中同一符号は同一または
相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 エンジンに吸気する吸気弁およびこの吸気弁
    を作動させる第1のシヤフト、燃焼後エンジンか
    ら排気ガスを排出する排気弁およびこの排気弁を
    作動させる第2のシヤフト、上記エンジンのクラ
    ンク軸の所定回転角度ごとにパルス状のクランク
    位置信号を発生するクランク角センサ、上記第1
    のシヤフトまたは/および上記第2のシヤフトを
    駆動する少なくとも一つのステツピングモータ、
    上記エンジンの運転状態に対して予め定められた
    上記ステツピングモータのクランク軸に対する回
    転角度データを記憶するメモリ、上記クランク角
    センサからのクランク位置信号に同期して上記メ
    モリに記憶されている上記回転角度データにした
    がつて歩進パルスを出力して上記ステツピングモ
    ータを駆動するパルス駆動制御回路を備えてなる
    エンジンの吸排気弁制御装置。 2 エンジンの1サイクル工程におけるステツピ
    ングモータの駆動パルス数をエンジンの回転数と
    は無関係に一定とし、かつこの駆動パルスはクラ
    ンク角センサの発生するパルスをメモリの内容に
    したがつて所定数間引きした数であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のエンジンの吸
    排気弁制御装置。 3 第1のシヤフトを駆動するステツピングモー
    タの駆動パルス列の基準位置をエンジンの排気工
    程の開始点となる下死点または爆発工程の開始点
    となる上死点としたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のエンジンの吸排気弁制御装置。 4 第2のシヤフトを駆動するステツピングモー
    タの駆動パルス列の基準位置をエンジンの爆発工
    程の開始点となる上死点、または圧縮工程の開始
    点となる下死点としたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のエンジンの吸排気弁制御装
    置。
JP57180412A 1982-10-12 1982-10-12 エンジンの吸排気弁制御装置 Granted JPS5968509A (ja)

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Publication Number Publication Date
JPS5968509A JPS5968509A (ja) 1984-04-18
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60131609U (ja) * 1984-02-10 1985-09-03 三菱重工業株式会社 内燃機関の動弁機構
JP4265336B2 (ja) 2003-08-06 2009-05-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の弁駆動システム及び方法、並びに動力出力装置
JP4052236B2 (ja) 2003-12-01 2008-02-27 トヨタ自動車株式会社 動弁機構
JP4046077B2 (ja) 2003-12-08 2008-02-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の動弁装置
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JP4007320B2 (ja) * 2003-12-17 2007-11-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の動弁装置
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JPS5968509A (ja) 1984-04-18

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