JPH03242409A

JPH03242409A - 電磁力バルブ駆動制御装置

Info

Publication number: JPH03242409A
Application number: JP2035549A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1991-10-29

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】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンに装備され、電磁力により開閉駆動
される吸排気バルブ及び該排気バルブに並設された副排
気バルブの開閉状態を制御する電磁力バルブ駆動制御装
置に関する。

（従来の技術）従来のエンジンの吸排気バルブはカムシャフトにより開
閉ｆｆｉ動されている。該カムシャフトはクランクシャ
フトと連動しているため、クランク角に対する吸排気バ
ルブの開閉タイミングをエンジンの回転数の変化に対応
して変更することができない。よって、特定の回転数で
高効率となるように吸排気バルブの開閉タイミングを調
整するため、該特定の回転数以外の回転数で運転される
場合には効率が低下するという問題がある。

そこで、吸気バルブ、排気バルブを備える内燃機関にお
いて、内燃機関の作動状態を検出する検出器を設け、該
検出器の検出信号に基づき吸気バルブ、排気バルブを電
動手段で作動させるように構成した内燃機関のバルブ機
構が、特開昭５８−１８３８０５号公報に記載されてい
る。また、吸気もしくは排気バルブの開閉を電動手段で
作動するようにしたエンジンにおいて、上記バルブが開
状態から閉状態に閉しる着座直前に、バルブを開方向に
作動する印加パルスを電動手段に加えて着座時の衝撃を
軽減する制御手段を備えたエンジンのバルブ制御装置が
、特開昭６１−７６７１３号公報に記載されている。

（発明が解決しようとする課題）上記の吸排気バルブを電磁石により開閉駆動するエンジ
ンでは、吸排気バルブ共に開閉駆動に要する駆動力は比
較的小でよいにもかかわらず、排気バルブの開口時には
燃焼室内の圧力に抗して排気バルブを駆動しなければな
らないため大駆動力を必要とする。よって、排気バルブ
駆動用の電磁石が大型化し、あるいは駆動力不足のため
開口不能となるという問題点がある。

たとえば、膨張行程終期における燃焼室の内部圧力を５
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｄ、排気バルブの燃焼室側面積を
８ｃｒｎ’とすると、排気バルブが該内部圧力に抗して
開口するのに要する′ｔｌｉＩｉ力は４０ｋｇ（３９２
Ｎ）となる。開口時における排気バルブの加速に要する
駆動力を勘案すると駆動装置は８０ｋｇ　（７８４Ｎ）
程度の駆動力を発生させなければならない。

また上記公報に記載されたエンジンにおける吸排気バル
ブは開閉ストロークを変更することが困難あるいは不可
能であるので、エンジンの回転速度及び負荷に応じて吸
排気バルブの開閉状態を適切に制御することができない
。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、小型の電
磁駆動装置で確実に排気バルブを駆動し排気ガスを排出
することのでき、かつエンジンの回転速度及び負荷の増
減に応じて吸排気バルブの開閉状態を適切に制御するこ
とのできる電磁力バルブ駆動制御装置を提供しようとす
るものである。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、電磁力により開閉する吸排気バルブを
駆動制御する電磁力バルブ駆動制御装置において、上記
排気バルブに並設された副排気バルブを電磁力により駆
動する駆動手段と、エンジン回転数を検知する回転検知
手段と、エンジン負荷を検知する負荷検知手段と、該検
知されるエンジン回転数及び負荷の内の少なくとも一方
の増減に伴い上記吸排気バルブの開口時間及び開閉スト
ロークを増減させると共に該エンジン負荷が少なくとも
所定値以上時に排気開始タイミングにて上記副排気バル
ブを開放せしめる電磁力制御手段を有することを特徴と
する電磁力バルブ駆動制御装置を提供できる。

（作用）本発明の電磁力バルブ駆動制御装置では、排気バルブに
隣接して副排気バルブを設け、排気開始タイミング時の
燃焼室内部が高圧力である場合には、該副排気バルブを
従来の排気バルブに先行して開放し、かつ、エンジンの
回転速度及び負荷の内の少なくとも一方の増加に伴ない
吸排気バルブのストローク及び開閉タイミングを変更し
、開口時間および開閉ストロークを増大させる制御を行
なう。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

第１図は、本発明による駆動制御装置を備えたエンジン
のブロック図である。

１１は軽量高強度材料であるセラミック材料、あるいは
耐熱軽量合金材料で形成された主排気バルブであり、該
主排気バルブ１１の軸端部には、該主排気バルブ１１を
開閉駆動する駆動装置１が接続されている。

該主排気バルブ１１と隣接して、該主排気バルブ１１よ
り燃焼室対向部面積が小である副排気バルブ２１、及び
吸気バルブ３１が設けられている。該副排気バルブ２１
′ＥＬび吸気バルブ３１は主排気バルブ１１と同様にセ
ラミック材料、あるいは耐熱軽量合金材料で形成されて
おり、かつ各々の軸端部には駆動装置２及び駆動装置３
が接続されている。

上記主排気バルブ１１、副排気バルブ２１及び吸気バル
ブ３１が対向する燃焼室４の下部にはピストン４１が配
設されており、該ピストン４１はコネクティングロッド
４２を介してクランクシャフト４３のビンジャーナルと
接続している。そして、該クランクシャフト４３の回転
速度及びクランク角を検知する回転センサ４４、及びエ
ンジン負荷に対応するアクセルペダルの踏み込み量を検
知するアクセルセンサ４５が設けられている。

該回転センサ４４、アクセルセンサ４５、及び上記駆動
装置１．２．３はコントロールユニ・ント５の構成部分
である人出力インターフエイス５４と接続されている。

該人出力インターフエイス５４は回転センサ４４及びア
クセルセンサ４５からの信号を人力し、かつ駆動装置１
．２．３へ駆！Ｉ］信号を出力する。コントロールユニ
ット５は該人出力インターフエイス５４の他に、プログ
ラム及び各種関係マツプを予め記憶するＲＯＭ５２、該
ＲＯＭ５２に記憶されているプログラムの下に演算を行
なうＣＰＵ５１、データ及び演算結果を時記憶するＲＡ
Ｍ５３、コントロールユニット５内部の信号の流れをコ
ントロールするコントロールメモリ５５等から構成され
ている。

次に、上記駆動装置１及び２について説明する。尚、駆
動装置３は駆動装置１と同様の構造であるため説明を省
略する。

第２図は、駆動装置１及び２の平面図であり、第３図は
、第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ断面図である。

まず駆動装置２について説明する。

２２は磁性体からなるコアであり、副排気バルブ２１の
閉鎖状態での上端部より若干低位置に、励磁コイル２３
によって励磁される固定磁極を有している。該固定磁極
部分には非磁性体からなるガイドバー２４を介して磁性
体板２５が摺動自在に保持されている。また、該ガイド
バー２４はスプリング２６によって常時上方向に付勢さ
れており、磁性体板２５の上限位置にて副排気バルブ２
の上端部に設けられたストッパ２８と微小間隔を介して
対向、あるいは接触する。そして、該ストッパ２８とコ
ア２２との間にはスプリング２７が配設されており、ス
トッパ２８を介して副排気バルブ２１を上方向に付勢し
ている。

次に、駆動装置１について説明する。

主排気バルブ１１の軸端部には可動子が連結している。

該可動子は、円筒形の磁気通路１５と、該磁気通路１５
の外周部に周設された複数個の２次コイル１６から構成
されている。該２次コイル１６は磁気通路１５の外周部
に刻設された溝に、溶融したアルミニウムを流し込んで
形成される。

尚、磁気通路１５は２次コイル１６に作用する磁束密度
を増加させるために磁性体から形成されており、例えば
磁性金属のアモルファス薄板を放射状に配列して円筒形
状に形成したものである。ただし、該磁気通路１５は後
述する固定磁極からの磁束の通路となるので、該磁束の
通路が確保されるように配列しなければならない。

また、エンジン停止時において主排気バルブ１１が降下
することを防止するために、可動子はスプリング１８に
よって閉方向にバイアスされている。

可動子の側面には該可動子を挟んで一対の駆動部１７が
配設されている。該駆動部１７は、２次コイル１６と対
向して配設された駆動部固定磁極と、該駆動部固定磁極
の各々に基設された励磁コイルとから構成されている。

そして、上記コントローラ５から交番電力の供給を受け
、可動子の２次コイル１６に対し進行磁界を作用させる
ものである。

可動子の上部には、上記駆動装置２と同じく主排気バル
ブ１１の着座状態時に微小間隔を介して対向、もしくは
接触する磁性板１４が配設されており、可動子の側面に
は上記駆動部１７の他に、主排気バルブ１１を挟む一対
の固定磁極を有する下部電磁石が配設されている。該下
部電磁石のコア１２に設けられた固定磁極は、主排気バ
ルブ１１が閉鎖時における可動子の上端面より所定量だ
け下方に設定され、該固定磁極を励磁する下部コイル１
３とから構成されている。

そして該磁性板１４は、上記駆動装置２の場合と同じく
非磁性体からなるガイドバーを介して下部電磁石の両固
定磁極と往復自在に連結しておリ、下部電磁石に吸引さ
れ可動子の上端面に当接し、該可動子を下方向へと駆動
させるものである。尚、該磁性板１４はスプリングによ
り常時上方向にバイアスされている。

次に、エンジンの回転速度及び負荷の状態による、上記
排気バルブ１１、副排気バルブ２１及び吸気バルブ３１
の開閉状態について説明する。

第４図は、エンジンの回転速度及び負荷の状態による各
バルブの開閉状態を示す図である。

本図はいわゆるカムプロファイル曲線に相当するもので
あり、横軸に示すクランク角に対するバルブの移動量、
すなわちバルブリフト量を縦軸に示すものである。また
、ＢＤＣは下死点、ＴＤＣは上死点を示すものである。

本図のＡは主排気バルブ１１、Ｂは吸気バルブ３１、Ｃ
は副排気バルブ２１の開閉状態を示している。

本図（ａ）は、ヘーシックモードを示しているａ該ベー
シックモードはエンジン始動時等において実行されるモ
ードであり、主排気バルブ１１及び吸気バルブ３１の開
閉タイミングはＢＤＣあるいはＴＤＣに一致している。

本図（ｂ）は、低速低負荷モードであり、主排気バルブ
１１はＢＤＣに先行して開放されＴＤＣ後に閉鎖される
。吸気バルブ３１はＴＤＣ前に開放されＢＤＣ後に閉鎖
される。そして、主排気バルブ１１及び吸気バルブ３１
共に開閉速度は低速である。尚、該低速低負荷モード実
行時には、気筒制御が行なわれる。

該気筒制御とはエンジンに設けられた複数個の気筒の内
の一部を作動させないものであり、例えば４気筒４サイ
クルエンジンでは、第１気筒及び第４気筒の吸排気バル
ブの作動と燃料供給を停止する。尚、第１気筒及び第４
気筒に代えて第２気筒及び第３気筒についてバルブ停止
及び燃料供給停止を行なってもよい。

本図（ｃ）は低速高負荷モードである。上記低速低負荷
モード時の主排気バルブ１１開タイミングと同一タイミ
ングにて、副排気バルブ２１を開放した後、主排気バル
ブ１１を開放する。そして、吸気バルブ３１の閉鎖前に
再び副排気バルブ２１を開放し、排気ガスの一部を燃焼
室内へ導き、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行なう。尚、
主排気バルブ１１の閉タイミングと吸気バルブ３１の開
閉タイミングは上記低速低負荷モードと同一であるが、
高速度で開閉されるので開口面積は増大する。

エンジンが高負荷時には排気開始タイミングでの燃焼室
内圧力Ｐは５　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’である。副排気
バルブの燃焼室側面積を２ｃｍ”とすれば、内部圧力に
抗して開口するのに要する電磁力は１０ｋｇ（９８Ｎ）
で済み、開口時の加速度も排気バルブより小でよい。

そこで、まず副排気バルブ２！を開弁すると、内部圧力
が高圧力であるため燃焼室内部の排気ガスは急速に流出
し、よって燃焼室の内部圧力は直ちに低下する。その後
に主排気バルブ１１を開口すると、駆動装置１は主排気
バルブ１１の加速に要する電磁力を出力するのみでよい
。

本図（ｄ）は高速低負荷モードであり、上記低速低負荷
モードの開閉タイミングに対して、主排気バルブ１１は
ＢＤＣより更に先行して開放されＴＤＣより更に後に閉
鎖される。そして、吸気バルブ３１はＴＤＣより更に前
に開放されＢＤＣより更に後に閉鎖される。

本図（ｅ）は高速高負荷モードである。上記高速低負荷
モード時の主排気バルブ１１間タイミングと同一タイミ
ングにて、副排気バルブ２１を開放した後、主排気バル
ブ１１を開放する。そして、吸気バルブ３１の閉鎖前に
再び副排気バルブ２１を開放し、排気ガスの一部を燃焼
室内へ導き、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行なう。尚、
主排気バルブ１１の閉タイミングと吸気バルブ３１の開
閉タイミングは上記高速低負荷モードと同一であるが、
主排気バルブ１１及び吸気バルブ３１の開閉ストローク
が増加するので開口量は増大する。

本図（ｆ）はエンジンブレーキモードであり、ＴＤＣ及
びＢＤＣにて開閉する吸気バルブ３１Ｃよって吸入され
た空気を圧Ｉｓ端にて副排気バルブ２１を開放して排出
しエンジンブレーキ力を増加させている。

次に本発明の制御フローについて説明する。

第５図は、本発明の制御フローを示すフロー図である。

ステップ１にてスタータモータの状態を判断し、作動時
、すなわちエンジン始動時であればステップ２へ進み上
記ベーシックモードにて各バルブを開閉制御する。そし
てエンジンが自刃運転を開始するまで該ベーシックモー
トを維持し自刃運転を開始すればステップ４へ進む。

ステップ４にて、回転センサ４４からの検知信号により
エンジン回転数Ｎを人力し、次のステップ５にて、アク
セルセンサ４５からの検知信号によりエンジン負荷りを
入力する。

該エンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷りから、ステップ
６にてエンジンブレーキをオンさせるか否かの判断を行
ない、作動させる場合にはステップ７へ進み各バルブを
上記エンジンブレーキモートにて制御する。

エンジンブレーキを作動させない場合にはステップ８へ
進み、上記ステップ４で人力したエンジン回転数Ｎと所
定の回転数Ｎｉとを比較し、Ｎｉ＞Ｎすなわち低速時に
はステップ９へ、Ｎｉ≦Ｎすなわち高速時にはステップ
１２へ進む。

そしてステップ９にて、上記ステップ５で人力したエン
ジン負荷りと所定の負荷Ｌｉとを比較し、Ｌｉ＞Ｌｔな
わち低負荷時にはステップ１゜に進み、上記低速低負荷
モードにて制御し、Ｌｉ≦Ｌすなわち高負荷時にはステ
ップ１１へ進み、上記低速高負荷モードにて制御する。

また、ステップ１２では上記ステップ５で入力したエン
ジン負荷りと所定の負荷Ｌｊとを比較し、Ｌｊ＞Ｌすな
わち低負荷時にはステップ１３に進み、上記高速低負荷
モードにて制御し、Ｌｊ≦しすなわち高負荷時にはステ
ップ１１へ進み、上記高速高負荷モードにて制御する。

そして、上記ステップ７、ステップ１ｏ１ステツプ１１
、ステップ１３及びステップ１４の次に、ステップ１５
へ進み、各々所定のモードにて各バルブが作動している
か否かを判断し、正常に作動している場合には上記ステ
ップ４へ進み上記フローを繰返す。

ステップ１５にて異常であると判断されると、バルブ作
動モードをベーシックモードとすると共に、副排気バル
ブ２１を主排気バルブ１１と同一タイミングで作動させ
、ステップ１８にて異常信号を出力し運転者に対にて異
常発生を報知する。

ところで、主排気バルブ１１及び副排気バルブ２１共に
１個による構成について説明したが、少なくとも一方を
複数個により構成してもよい。

以上実施例について詳細に説明したが、本発明の精神か
ら逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は容易に構成
できるから、本発明は前記特許請求の範囲において記載
した限定以外、特定の実施例に制約されるものではない
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、排気バルブに隣
接して副排気バルブを設け、排気開始タイよフグ時の燃
焼室内部が高圧力である場合には、該副排気バルブを従
来の排気バルブに先行して開放し、かつ、エンジンの回
転速度及び負荷の内の少なくとも一方の増加に伴ない吸
排気バルブのストローク及び開閉タイミングを変更し、
開口時間及び開閉ストロークを増大させる制御を行なう
電磁力バルブ駆動制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による駆動制御装置を備えたエンジン
のブロック図、第２図は、駆動装置１及び２の平面図、
第３図は、第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ断面図、Ｓ４図は
、エンジンの回転速度及び負荷の状態による各バルブの
開閉状態を示す図、第５図は、本発明の制御フローを示
すフロー図である。１・２・３・・・駆動装置、４・・・燃焼室、５・・・
コントロールユニット、１１・・・主排気バルブ、２１
・・・副排気バルブ、３１・・・吸気バルブ、４３゛・
回転センサ、４４・・・アクセルセンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電磁力により開閉する吸排気バルブを駆動制御す
る電磁力バルブ駆動制御装置において、上記排気バルブ
に並設された副排気バルブを電磁力により駆動する駆動
手段と、エンジン回転数を検知する回転検知手段と、エ
ンジン負荷を検知する負荷検知手段と、該検知されるエ
ンジン回転数及び負荷の内の少なくとも一方の増減に伴
い上記吸排気バルブの開口時間及び開閉ストロークを増
減させると共に該エンジン負荷が少なくとも所定値以上
時に排気開始タイミングにて上記副排気バルブを開放せ
しめる電磁力制御手段を有することを特徴とする電磁力
バルブ駆動制御装置。
（２）上記副排気バルブの燃焼室側面積は排気バルブの
燃焼室側面積より小であることを特徴とする請求項（１
）記載の電磁力バルブ駆動制御装置。