JPS5968509A

JPS5968509A - エンジンの吸排気弁制御装置

Info

Publication number: JPS5968509A
Application number: JP57180412A
Authority: JP
Inventors: Seishi Wataya; 綿谷　晴司
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-04-18
Also published as: JPH0116964B2

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】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によシ作動
するようになっており、カム３はクランク軸６に連動し
て回転し、それによって吸気弁１を作動させるようにな
っている。

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アク、この排気弁２はカム４によ
り作動するようになっている。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内に吸気官７全通して混合気が導かれ、排気官８全
通してシリンダ９内の排出ガスを外部に導くようになっ
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■、
排気弁２が開閉し、吸入−圧縮一爆発一排気の工程が繰
り返されるが、クランク軸６の杯の回転数で回転し、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υ１コき、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
、エンジンの筒回転作動時に空気慣性の作用によって吸
入効率が低下するのを補なうためである。また、排気弁
２の開閉時期はボ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。

吸入効率を犬きく支配するのは吸気弁１の閉弁時期であ
夛、高回転側はど閉弁時期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
ある混合気が吸気官７に逆流すると云う現象が生ずる。

したがって、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
設定さざるを得ないので、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。したがって、第４図に示すように、エン
ジン回転数の増大にともなって、ボンピング損失を生体
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、ステッピングモータによって駆
動し、このステッピングモータに与える′歩進ノ＋ルス
をエンジンの回転数などの各種パラメータによって制御
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
の構成を示すブロック図である。

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佃１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ｕ）Ｖｃノｅ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ａ力する。

この識別信号はたとえば、回転体２０に切ジ欠きを設け
、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を設けることによっ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由
いることによっても可能である。

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全クランク軸６以
外、たとえば、配電器駆動用のシャ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２
１で発生されたノ４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っている。パ
ルス駆動制御回路２２はクランク角センサ２１が発生す
るノＲルス伯号に同期」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イＬ三し、ステッピングモ
ータ２５．２６に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
出力されるノｅルス信号の周期の計１ｌｌ１１または庖
定時間内における・ぐルス数全計数することによシ、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によシ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、このノクルス駆動制御回路２２はこの
メモリ２４の記憶内容に基づいてステッピングモータ２
５．２６′ｆｒ：駆動するようになっている。

ステッピングモータ２５によって、シャフト２７が駆動
されるようになっており、このシャフト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
るようになっている。

同様にして、ステッピングモータ２６によってシャフト
２８が駆動されるようになっており、このシャフト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によって
排気弁２が作動されるようになっている。

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−圧縮一爆発
一排気の工程を繰シ返して回転すると、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２２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、−クルス駆動制御回路２２の出力の一つであ
る吸気弁用のステッピングモータ２５の駆動ノｆ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、ステッピングモータ２５の回転角、すな
わち、吸気弁用のシャフト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ｌの開弁角度α】に達すると、吸気弁１が第７
図（ｃ）のように開弁する。

ステッピングモータ２５がさらに歩進し、シャフト２７
０回転角が第７図（ｆ）Ｋ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
全表わしたものでラシ、メモリ２４に予め記憶さｎ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
がってクランク位置に同期したステッピングモータ２５
の駆動ノクルスは吸気弁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１す、シャフト２７の回転角が第８図（
ｆ）に示すようにαｌ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
数の局のパルス数でステッピングモータ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ＢＤＣ
Ｉ通過後、クランク位置信号のパルス数に対して４以上
のパルス数をステッピングモータ２５に印加し、クラン
ク軸６に対するシャフト２７の回転角を早めている。し
たがって、吸気弁１の開弁時期（位置）θＳＢ２け第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
ータにしたがってクランク位置信号に同期した・ぐルス
信号の間引の割合を大きくし、シャフト２７の回転角α
２に達する時期を遅らせて閉弁時ル１θＳＡ２を第７図
の閉弁時期θＳＡＩ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ッピング
モータ２６の駆動ｉ４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、シャフト２７
．２８のクランク軸６に対する回転角ヲステツビンダモ
ータ２５．２６へ印加する駆動・（ルス列の時期制御に
よって任意に角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の閉時勘（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１
０図に示すごとくエンシン回転数に対する吸気弁ｌの閉
弁時ル」の紐適値をメモリ２４に記憶させておき、この
記憶内容にしたがってステッピングモータ２５を駆動制
御することにより、第３図の破線で示すようＶＣ高回転
側にも藁い吸入効率が得らｈ１エンジンの出力トルクが
高回転側で低１するのを抑止できる。

さらに第１１図に示すように排気弁１の開弁時期の最適
値はボ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って開弁
時期を犬きくすることが望ましい。この排気弁２の開弁
時期も、吸気弁２の場合と同様の方法によって容易に制
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Ｍな
りすなわち、オーバラッ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
よって、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。

ステッピングモータ２５．２６ｆｆｉ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ＢＤＣＩ）または爆発工程の
始する上死点（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（
ｂ）　ＴＤＣ２）−１−たは圧縮工程の始壕る下死点（
第８図（ｔ）ＪＯＢＤＣ２）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し）てもよい
ことは云う寸でもない。

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ｆｒＭを予めメモリに記憶させ、この記憶内容
にしたがってシャフトを駆動するステッピングモータの
クランク軸に対する回転角を制御して吸気弁、排気弁の
開閉時ル１を制御するようにＬまたので、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全線形のみ
ならず非線刑にも任意に制御することができる。

したがって、エンジン回転数の使用範囲全域にわたって
吸入効率を向上させることができるとともに排気法１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
を示すブロック図、第６図はこの発明のエンジンの吸排
気弁制御装置に相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ＩＪ、２５．２
６・・・ステッピングモータ５．２７．２８・・・シャ
フト。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。代理人　　　葛　　野　　信　　− （ほか１名）第１図第２図下孔、！、第３図エンジノ回４太粒第４図第９図吸１第１０図第１１図エンンノ四ギち拡手続補正書特許庁長官殿１　事件の表示　　　　特願昭　５７−１８０４１２号
２、発明の名称エンジンの吸排気弁制御装置３、補正をする者す、　補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄補正の内容（１）　　明細魯第３頁５行「混合気」を「混合気を」
に訂正する。（２）同頁１９行「あるこの」ヲ「ある。この」に訂正
する。］３）同頁同行および５頁７行「吸気官」を「吸気管」
に訂正する。（４）同３頁２０行「排気官」を「排気管」に訂正する
。（５）同５頁８行「現象」ヲ「不具合」に訂正する。（６）　　同頁１１行「設定さざる」ヲ「設定せざる」
に訂正する。（７）　　同１３頁１行「大きくする」を「早める」に
訂正する。以上

Claims

【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のシャフト、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
シャフト、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
センナ、上記第１ノシヤフトマたｌ′ｉ：／および上記
第２のシャツトラ駆動する少なくとも一つのステッピン
グモータ、上記エンジンの運転状態に対して予め定めら
れた上記ステッ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ＶＣ同期して上記メモリ［記憶さ
れている上記回転角度データにしたがって歩進パルスを
出力して上記ステッピングモータを駆動する・やルス駆
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ッピング
モータの駆動パルス数をエンジンの回転数とは無関係Ｖ
Ｃ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って所定数間引
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のシャフトを駆動するステッピングモータの
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蕩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のシャフトを駆動するステッピングモータの
駆動ノぐ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
としたこと全特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
のエンソＡ排気弁制御装置。