JP2004100667A

JP2004100667A - Operation control of internal combustion engine having two or more valves

Info

Publication number: JP2004100667A
Application number: JP2002267659A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ezaki; 江崎　修一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which further improves an operating efficiency of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: A quarter of electromagnetic valves (25 pies), each of which is reduced in size and weight, are provided as suction valves in one cylinder of the engine. This valve can be opened and closed in different opening/closing states. A control unit decides an output of a request and an amount of intake air based on an output of each of various type sensors, and controls throttle opening, the number of the valves to be driven and valve timing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のバルブを備える内燃機関の運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン（内燃機関）の出力や、トルクの制御は、燃焼室への吸気量の制御によって行っている。この吸気量の制御は、一般に、アクセル開度に応じたスロットルバルブ開度の制御によって行われる。
【０００３】
スロットルバルブ開度の制御による吸気量の制御では、スロットルバルブ開度を絞ったときに、いわゆるポンピング・ロス（エンジンが空気を吸い込むときの抵抗によるエネルギー・ロス）が生じる。このため、近年では、スロットルバルブを用いずに吸気量の制御を行うことによってエンジンの効率向上を図る、いわゆるノンスロットル運転の要請がある。
【０００４】
ノンスロットル運転が可能なエンジン技術としては、例えば、バルブトロニック（登録商標）と呼ばれる技術がある。この技術では、エンジンは、スロットルバルブをほぼ全開にした状態で、カム機構を用いた吸気側動弁機構によって、バルブの開閉タイミングおよびリフト量を連続的に変化させることで、吸気量を制御する。
【０００５】
エンジンの効率向上を図るための別の技術としては、吸排気弁のマルチバルブ化が挙げられる。マルチバルブ化とは、１つの燃焼室に備えるバルブを複数とすることによってバルブ１つ当たりの慣性質量を低減し、バルブの開閉を高速に行うことにより、エンジンの吸排気効率を向上させる技術である。従来、１つの燃焼室に８つの吸排気バルブを備えるエンジンが実現されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１６９４１８号公報
【特許文献２】
特許第２８０２５４０号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、エンジンの動弁機構や制御に関し、更なる改善の余地が残されていた。カム機構を用いたバルブの開閉タイミングやリフト量の制御では、きめ細かな制御が困難だった。また、カム機構を用いた動弁機構では、スペース的な制約があり、更なるマルチバルブ化は困難だった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転効率を更に向上させる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の制御装置は、
内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室の１つに所定のガスを吸気するための複数の吸気弁と、
該複数の吸気弁の一部を他の吸気弁と異なる開閉状態で開閉可能な吸気弁駆動部と、
を備えており、
前記吸気弁は、一体的に開閉する複数のグループにグループ化されており、
前記制御装置は、
前記内燃機関の運転に関する所定の要求を入力する入力部と、
該要求に応じて、前記グループごとに、前記複数の吸気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記吸気弁駆動部を制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。
【００１０】
本発明において、制御対象となる内燃機関は、一体的に開閉する複数のグループにグループ化された複数の吸気弁を備えている。また、少なくとも１つのグループは、複数の吸気弁を備えている。なお、「グループ化」は、複数の吸気弁同士を接続するリブ材等によってハードウェア的になされていてもよいし、ソフトウェア的になされていてもよい。
【００１１】
「内燃機関の運転に関する所定の要求」としては、例えば、要求される出力や、トルクなどが挙げられる。本発明によって、前記内燃機関の燃焼室が備える複数の吸気弁を、要求に応じて、グループごとに、所望の開閉状態となるように制御することができるので、内燃機関への吸気量を柔軟に制御し、運転効率を向上させることができる。ここで、「開閉状態」とは、開閉期間およびリフト量によって定義される。従って、異なる開閉状態が混在するとは、開閉期間およびリフト量の少なくとも一方が異なる吸気弁が混在することを意味し、全てのグループの吸気弁が一体的に動く場合を除く種々の状態が含まれる。
【００１２】
本発明の制御装置において、前記複数の吸気弁がソフトウェア的にグループ化される場合、グループは、内燃機関の運転を通じて固定されていてもよいが、
前記制御部は、更に、前記要求に応じて、前記グループを構成する前記複数の吸気弁の組み合わせを変更するようにしてもよい。
【００１３】
こうすることによって、内燃機関の運転を、より柔軟に制御することができる。
【００１４】
本発明の制御装置において、
前記要求は、前記ガスの吸入量であるものとすることができる。
【００１５】
内燃機関から所望の出力や、トルクを得るための制御対象の１つとして、内燃機関へのガス、例えば、空気の吸入量が挙げられる。本発明によって、所望のガスの吸入量が得られるように、複数の吸気弁の開閉状態を制御することができる。
【００１６】
また、本発明の制御装置において、
前記要求は、前記燃焼室に吸入される前記ガスの気流状態であるものとしてもよい。
【００１７】
ここで、「ガスの気流状態」としては、例えば、スワール流（水平方向の渦巻き）や、タンブル流（垂直方向の渦巻き）などが挙げられる。内燃機関は、一般に、ガスの気流状態、および、燃料の燃焼方式を変えることによって、運転効率が変わる。例えば、内燃機関に要求される出力が低い場合には、燃焼室内にスワール流を生成し、燃料を成層燃焼させることによって、低燃費を実現できる。また、内燃機関に要求される出力が高い場合には、燃焼室内にタンブル流を生成し、燃料を均質燃焼させることによって、高出力を実現できる。本発明では、所望の気流状態が得られるように、複数の吸気弁の開閉状態を制御することができる。
【００１８】
本発明の制御装置において、
前記制御部は、開閉すべき前記吸気弁の数を制御するものとすることができる。
【００１９】
１つの吸気弁からの燃焼室への単位時間当たりのガスの吸気量は、概ね、弁の周囲長と開弁量とによって決定する。従って、開閉すべき吸気弁の数を制御することによって、燃焼室へのガスの吸気量を、多段階に容易に制御することができる。この場合、１つの吸気弁の開閉を、単にＯＮ／ＯＦＦ制御し、制御の簡素化を図ってもよい。
【００２０】
また、本発明の制御装置において、
前記制御部は、異なる開閉タイミングで開閉する前記吸気弁が混在するように、前記複数の吸気弁の開閉のタイミングを制御するようにしてもよい。
【００２１】
こうすることによって、燃焼室へのガスの吸入量や、燃焼室内のガスの気流状態をきめ細かく制御することができる。例えば、燃焼室へのガスの吸入量は、吸気弁の開期間を制御することによって制御することができる。また、燃焼室内のガスの気流は、複数の吸気弁について、各吸気弁の開期間を段階的に制御するなどによって制御することができる。
【００２２】
また、本発明の制御装置において、
前記制御部は、前記複数の吸気弁の開弁量を制御するようにしてもよい。
【００２３】
先に説明したように、１つの吸気弁から燃焼室へのガスの吸気量は、概ね、弁の周囲長と開弁量とによって決定する。本発明によって、吸気弁の開閉を、単にＯＮ／ＯＦＦ制御するよりも、きめ細かく制御することができる。
【００２４】
本発明の制御装置において、
前記吸気弁駆動部は、前記複数の吸気弁のそれぞれを独立して開閉可能な機構を備えており、
前記制御部は、前記複数の吸気弁の開閉状態を個別に制御することが好ましい。
【００２５】
こうすることによって、内燃機関の運転を、更にきめ細かく制御することが可能となり、運転効率を更に向上させることができる。
【００２６】
本発明の制御装置において、
前記制御は、前記燃焼室に吸気するための吸気管内が大気圧の状態で実行されるものとすることができる。
【００２７】
吸気管内が大気圧の状態とは、例えば、吸気量を絞るスロットル弁が内燃機関に備えられていない状態や、スロットル弁の開度が比較的大きい状態や、ほぼ全開の状態などが含まれる。本発明では、先に説明したように、複数の吸気弁の駆動をきめ細かく制御することができるので、いわゆるノンスロットル運転を実現できる。
【００２８】
本発明の制御装置において、
前記内燃機関は、更に、
前記燃焼室から燃焼ガスを排気するための複数の排気弁と、
該複数の排気弁の一部を他の排気弁と異なる開閉状態で開閉可能な排気弁駆動部と、
を備えており、
前記制御部は、更に、前記複数の排気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記排気弁駆動部を制御するようにしてもよい。
【００２９】
こうすることによって、更に、燃焼ガスの排気もきめ細かく制御することができる。
【００３０】
本発明は、内燃機関の発明として構成することもできる。即ち、
本発明の第１の内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室のヘッドに取り付けられ、該燃焼室への吸気または該燃焼室からの排気のいずれかを行うための複数の弁と、
該複数の弁を開閉するための複数の駆動部と、
前記各駆動部と少なくとも１つの前記弁とを連結するリンクと、を備え、
前記複数の駆動部は、少なくとも２層以上の積層状に配置されていることを要旨とする。
【００３１】
こうすることによって、内燃機関の駆動部を駆動方向に対して垂直方向にコンパクトに構成することができるので、先に説明したスペース的な制約を解消し、従来よりも更に吸排気弁のマルチバルブ化を実現することができる。この結果、吸排気弁１つ当たりの慣性質量を低減し、弁の開閉を高速に行うことができるので、内燃機関の吸排気効率を向上させることができる。また、吸排気弁の開閉時の衝撃音を減少させることもできる。また、吸排気弁の摩擦部分の磨耗を抑制し、吸排気弁の長寿命化を図ることもできる。更に、マルチバルブ化により、吸排気弁の慣性質量を低減することによって、駆動部を小型化することが可能となるので、上述した効果を相乗的に得ることができる。
【００３２】
なお、複数の吸排気弁の大きさは、任意に設定可能であり、全て同じであってもよいし、少なくとも１つの弁の大きさが他の弁の大きさと異なっていてもよい。また、弁と駆動部とを連結するリンクの形状についても、任意に設定可能である。
【００３３】
本発明の第１の内燃機関において、
前記複数の弁は、吸排気弁のいずれであってもよいが、吸気弁であるものとすることができる。
【００３４】
こうすることによって、先に説明した本発明の制御装置によって本発明の内燃機関を制御し、効率的に運転することができる。
【００３５】
本発明の第１の内燃機関において、
前記複数の弁の少なくとも一部は、所定のリブ材によって連結することによって、複数のグループにグループ化されているものとすることができる。
【００３６】
こうすることによって、グループ化された複数の弁を連動させて開閉することができる。リブ材は、燃焼室内部に設けてもよいし、燃焼室外部に設けてもよい。
【００３７】
上記内燃機関において、
前記複数の駆動部は、前記グループごとに備えられているものとすることができる。
【００３８】
こうすることによって、駆動部の数を減少させ、内燃機関の構成を簡素化することができる。
【００３９】
本発明の第１の内燃機関において、
前記複数の駆動部は、種々の態様で構成可能であるが、
前記弁を閉弁方向または閉弁方向のいずれか一方に付勢するためのバネ部材と、
前記弁を他方向に引き寄せる電磁力を発生する電磁コイルと、
によって、前記複数の弁を開閉することが好ましい。
【００４０】
こうすることによって、駆動部を簡便、かつ、コンパクトに、また、高速駆動可能に構成することができる。
【００４１】
本発明の第１の内燃機関において、
前記積層状に配置された駆動部は、少なくとも１層について３つ以上備えられており、
同一層内で互いに隣接する３つの前記駆動部は、三角形の頂点に配置されているようにすることができる。
【００４２】
こうすることによって、駆動部を緻密に配置することができる。特に、駆動部の形状が円形などの場合に効果的である。なお、前記三角形は、駆動部の配置の緻密化の観点から、正三角形であることが好ましい。
【００４３】
また、本発明の第２の内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室のヘッドに取り付けられ、該燃焼室への吸気または該燃焼室からの排気のいずれかを行うためのそれぞれ３つ以上の弁と、
該弁を開閉するための複数の駆動部と、を備え、
互いに隣接する３つの前記弁は、三角形の頂点に配置されていることを要旨とする。
【００４４】
通常、内燃機関の吸排気弁は、円形である。本発明によって、吸排気弁を緻密に配置し、マルチバルブ化を図ることができる。なお、前記三角形は、吸排気弁の配置の緻密化の観点から、正三角形であることが好ましい。複数の吸排気弁の形状が楕円である場合や、大きさの異なる円である場合などには、それらが緻密に配置されるように、二等辺三角形の頂点に配置されるようにしてもよい。
【００４５】
本発明は、上述の内燃機関、内燃機関の制御装置としての構成の他、内燃機関の制御方法の発明として構成することもできる。なお、内燃機関の制御方法としての態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。Ａ．エンジンシステムの構成：
Ｂ．動弁機構：
Ｃ．吸気弁の駆動制御：
Ｄ．変形例：
【００４７】
Ａ．エンジンシステムの構成：
図１は、一実施例としてのエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。本実施例のエンジンシステムは、車輌に搭載された４サイクルのガソリン・エンジン２００と、制御ユニット１００とから構成されている。車輌には、通常、複数のシリンダを備えるガソリン・エンジンが搭載されるが、本実施例では、図示および説明の便宜上、１つのシリンダ２０２についてのみ示した。制御ユニット１００は、本発明の制御装置に相当する。ガソリン・エンジン２００は、本発明の内燃機関に相当する。以下、ガソリン・エンジン２００を、単にエンジン２００と呼ぶ。
【００４８】
制御ユニット１００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御ユニット１００は、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されているプログラムを実行することによって、ソフトウェア的にエンジン２００の動作を制御する。
【００４９】
制御ユニット１００には、エンジン２００の制御を行うための種々の信号が入出力される。図中には、代表的なもののみを示した。制御ユニット１００への入力信号には、アクセル開度センサ１０によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量や、車速センサ２０によって検出された車輌の走行速度や、回転数センサ３０によって検出されたエンジン２００の回転数などが含まれる。制御ユニット１００からの出力信号については、エンジン２００の構成と併せて順次説明する。
【００５０】
燃焼室２１０のヘッド部分には、燃焼室２１０に空気を吸入するための吸気管２２０と、燃焼室からの燃焼ガスを排気するための排気管２３０とが接続されている。そして、燃焼室２１０と吸気管２２０との接続部分、燃焼室２１０と排気管２３０との接続部分には、それぞれ吸気弁２４０および排気弁２６０が設けられている。
【００５１】
吸気弁２４０および排気弁２６０には、それぞれを開閉駆動するためのアクチュエータ２５０、２７０が接続されており、制御ユニット１００からの信号によって駆動制御される。なお、吸気弁２４０、排気弁２６０、アクチュエータ２５０、２７０は、図示の都合上、それぞれ１つずつ示したが、後述するように、２５個ずつ備えている。そして、これらは、異なる開閉状態に開閉可能であり、個別に駆動制御可能である。複数の吸気弁２４０、アクチュエータ２５０、および、これらの駆動制御については、後から詳しく説明する。
【００５２】
吸気管２２０には、燃焼室２１０への吸入空気量を絞るためのスロットル弁２２２が設けられている。制御ユニット１００は、要求出力等に応じて、スロットル弁２２２の開度（スロットル開度）を制御する。
【００５３】
吸気管２２０には、また、ガソリンを噴射するためのインジェクタ２２４が設けられている。本実施例では、吸気管２２０にガソリンを噴射するポート噴射タイプのエンジンを例示したが、いわゆる直噴タイプのエンジンを用いてもよい。制御ユニット１００は、吸入空気量に応じてインジェクタ２２４を制御し、適正な燃焼が行われるように、適切なタイミングで、適量のガソリンを噴射させる。
【００５４】
燃焼室２１０には、点火プラグ２８０が設けられている。ガソリンと空気との混合気は、燃焼室２１０内で圧縮された後、点火プラグ２８０によって点火される。制御ユニット１００は、エンジン２００の回転数や、要求負荷等に応じて、点火時期を制御する。
【００５５】
Ｂ．動弁機構：
図２は、吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０の概略構成を示す斜視図である。バルブシート２４２には、２５個の吸気弁２４０が設けられている。吸気弁２４０の弁座は円形である。そして、各吸気弁２４０に対して、円筒形のアクチュエータ２５０が接続されている。各吸気弁２４０、および、アクチュエータ２５０は、後述するように、電磁弁として構成されている。アクチュエータ２５０は、吸気弁２４０を図の上下方向に駆動することによって開閉する。
【００５６】
図示するように、２５個のアクチュエータ２５０は、２層の積層状に配置されている。本実施例では、下段に１４個のアクチュエータ２５０ｄを、上段に１１個のアクチュエータ２５０ｕを配置した。
【００５７】
図３は、燃焼室２１０側から見た吸気弁２４０の配置を示す説明図である。白丸で示した吸気弁２４０ｕは、図２に示した上段のアクチュエータ２５０ｕに対応する吸気弁を示している。ハッチングを付した丸で示した吸気弁２４０ｄは、図２に示した下段のアクチュエータ２５０ｄに対応する吸気弁を示している。
【００５８】
図４は、吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０を含む電磁弁の概略構成および吸気弁２４０の開閉駆動について示す説明図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ閉弁状態および開弁状態を示している。吸気弁２４０は、弁棒２４４を備えている。弁棒２４４のほぼ先端には、アーマチャ２５８が固定されている。また、弁棒２４４には、アーマチャ２５８と所定距離離間してストッパ２５６が固定されている。ストッパ２５６とアーマチャ２５８との間には、電磁コイル２５２および固定鉄心２５３が設けられている。そして、固定鉄心２５３とアーマチャ２５８との間には、スプリング２５４が設けられている。スプリング２５４の自然長は、固定鉄心２５３とストッパ２５６とが接しているときの固定鉄心２５３とアーマチャ２５８との距離よりも長く設定されている。従って、スプリング２５４の自然長に戻ろうとする力は、アーマチャ２５８を図の上方に持ち上げるように、即ち、吸気弁２４０を閉弁方向に付勢するように働いている。
【００５９】
電磁弁は、制御ユニット１００からの信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される。本実施例の電磁弁は、ノーマリ・クローズの電磁弁である。即ち、制御ユニット１００からの信号がＯＦＦであるとき、電磁コイル２５２には励磁電流が供給されない。このとき、電磁コイル２５２に電磁力が発生しないので、スプリング２５４が自然長に戻ろうとする力によって、アーマチャ２５８は、図の上方に持ち上げられ、吸気弁２４０は、閉弁状態になっている（図４（ａ））。一方、制御ユニット１００からの信号がＯＮであるときには、電磁コイル２５２に励磁電流が供給される。このとき、電磁コイル２５２には電磁力が発生して固定鉄心２５３が磁化する。この電磁力は、スプリング２５４の力よりも強く設定されており、固定鉄心２５３は、アーマチャ２５８を吸引し、吸気弁２４０は開弁状態となる（図４（ｂ））。なお、固定鉄心２５３とアーマチャ２５８との距離がほぼ吸気弁２４０のリフト量に相当する。
【００６０】
以上説明した本実施例のエンジン２００では、２５個のアクチュエータ２５０を積層状に配置することによって、コンパクトに配置することができる。従って、先に説明したスペース的な制約を解消し、従来よりも吸排気弁のマルチバルブ化を実現することができる。この結果、吸気弁２４０、１つ当たりの慣性質量を低減し、弁の開閉を高速に行うことができるので、エンジン２００の吸排気効率を向上させることができる。また、吸気弁２４０の開閉時のバルブシート２４２との衝撃音を減少させることもできる。また、吸気弁２４０の摩擦部分の磨耗を抑制し、吸排気弁の長寿命化を図ることもできる。更に、マルチバルブ化により、吸気弁２４０の慣性質量を低減することによって、アクチュエータ２５０を小型化することが可能となるので、上述した効果を相乗的に得ることができる。
【００６１】
Ｃ．吸気弁の駆動制御：
図５は、吸気弁２４０の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、エンジン２００の運転中に、制御ユニット１００のＣＰＵが、繰り返し実行する処理である。
【００６２】
まず、ＣＰＵは、アクセル開度センサ１０、車速センサ２０、回転数センサ３０が検出した出力を入力する（ステップＳ１００）。そして、入力された値に基づいて、エンジン２００の要求出力を決定する（ステップＳ１１０）。この要求出力の決定は、それぞれの値の関係を表した所定のマップを参照することによって行われる。そして、この要求出力に基づいて、燃焼室２１０に吸入すべき吸入空気量を決定する（ステップＳ１２０）。要求出力と吸入空気量とは、所定の演算によって決定される。そして、所望の吸入空気量が燃焼室２１０に吸入されるように、スロットル開度、および、駆動する吸気弁２４０の個数を決定する（ステップＳ１３０）。
【００６３】
図６は、要求出力とスロットル開度との関係、および、吸入空気量と駆動する吸気弁２４０の個数との関係を示す説明図である。図６の上段に、要求出力とスロットル開度との関係を、下段に吸入空気量と駆動する吸気弁２４０の個数との関係を示した。
【００６４】
図示した例では、領域Ａの要求出力が比較的低いときには、駆動する吸気弁２４０の個数を一定とし、スロットル開度を制御することによって、吸入空気量を制御するものとした。このとき駆動する一定個数の吸気弁２４０は、ソフトウェア的にグループ化されており、同一グループの吸気弁２４０は、同じタイミングで駆動する。なお、グループ化する吸気弁２４０の組み合わせは、任意に設定可能であり、また、エンジン２００の運転条件に応じて組み合わせを変更することも可能である。
【００６５】
また、領域Ｂの要求出力が比較的高いときには、スロットル開度をほぼ全開にし、駆動する吸気弁２４０の個数を増減することによって、吸入空気量を制御するものとした。なお、領域Ａの要求出力が比較的低いときであっても、領域Ｂと同様に、スロットル開度をほぼ全開にし、吸気管２２０内が大気圧の状態で、駆動する吸気弁２４０の個数を増減することによって、吸入空気量を制御するようにしてもよい。つまり、エンジン２００は、２５個の吸気弁２４０の駆動を制御することによって、ノンスロットルを行うことも可能である。
【００６６】
図５のステップＳ１３０において、駆動する吸気弁２４０の個数が決定されると、ＣＰＵは、２５個の吸気弁２４０のうちのいずれを駆動するかを決定する（ステップＳ１４０）。駆動する吸気弁２４０と個数との関係は、予め定められている。そして、各吸気弁２４０のバルブタイミングを制御する（ステップＳ１５０）。本実施例では、選択された吸気弁２４０を全て同じタイミングで駆動するものとした。
【００６７】
本実施例では、先に説明したように、排気系についても、２５個の排気弁２６０、および、２５のアクチュエータ２７０を備えている。これらも、図２に示した吸気弁２４０、および、アクチュエータ２５０と同様に配置されている。そして、これらは、吸気弁２４０のバルブタイミングに合わせて、全て同じタイミングで駆動するものとした。排気弁２６０を吸気弁２４０と同様に、要求出力に応じて制御するようにしてもよい。例えば、要求出力が低く、駆動する吸気弁２４０の個数が少ないときに、駆動する排気弁２６０の個数を少なくすることができる。こうすることによって、アクチュエータ２７０における消費電力を抑制することができる。
【００６８】
以上説明した本実施例のエンジン２００および制御ユニット１００によれば、２５個にマルチバルブ化された吸気弁２４０の駆動を、エンジン２００の運転条件に応じて、きめ細かく、柔軟に制御することによって、吸気量を柔軟に制御することができるので、従来よりもエンジン２００の運転効率を向上させることができる。
【００６９】
Ｄ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
【００７０】
Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、２５個の吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０を、図２、図３に示したように配置したが、これに限られない。図７は、変形例としての吸気弁とアクチュエータとの配置を示す説明図である。図７（ａ）は、燃焼室２１０の反対側から見た図である。図７（ｂ）は、燃焼室２１０側から見た図である。図示するように、バルブシート２４２ａには、３０個の円形の弁座を有する吸気弁２４０ａが配置されており、互いに隣接する３つの吸気弁２４０ａが正三角形の頂点に配置されている部分を含んでいる。こうすることによって、複数の吸気弁２４０ａを緻密に配置することができる。
【００７１】
また、３０個の吸気弁２４０ａは、３つのリブ材２４１ａ１，２４１ａ２，２４１ａ３によって、３つのグループ、グループ１、グループ２、グループ３にグループ化されている。そして、グループ１には、２つのアクチュエータ２５０ａ１、２５０ａ２が、グループ２には、３つのアクチュエータ２５０ａ３、２５０ａ４、２５０ａ５が、グループ３には、２つのアクチュエータ２５０ａ６、２５０ａ７が接続されている。なお、３つのアクチュエータ２５０ａ２、２５０ａ３、ａ５０ａ７は、積層状に配置されており、アクチュエータ２５０ａ３は、２５０ａ２、２５０ａ７の上段に配置されている。このようにすることによって、エンジンの構成を簡素化し、７つのアクチュエータによって、３０個の吸気弁２４０ａを連動して開閉することができる。
【００７２】
Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０は、ノーマリ・クローズの電磁弁を構成するものとしたが、ノーマリ・オープンの電磁弁を構成するものとしてもよい。図８は、ノーマリ・オープンの電磁弁の概略構成および吸気弁２４０ｂの開閉駆動について示す説明図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ閉弁状態および開弁状態を示している。吸気弁２４０ｂは、弁棒２４４ｂを備えている。弁棒２４４ｂには、アーマチャ２５８ｂが固定されている。図８において、アーマチャ２５８ｂの上側には、電磁コイル２５２ｂおよび固定鉄心２５３ｂが設けられている。そして、固定鉄心２５３ｂとアーマチャ２５８ｂとは、スプリング２５４ｂによって接続されている。
【００７３】
この電磁弁も、制御ユニット１００からの信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される。制御ユニット１００からの信号がＯＦＦであるとき、電磁コイル２５２ｂには励磁電流が供給されない。このとき、電磁コイル２５２ｂに電磁力が発生しないので、吸気弁２４０ｂは、スプリング２５４ｂに引っ張られつつ、自重によって開弁状態になっている（図８（ｂ））。一方、制御ユニット１００からの信号がＯＮであるときには、電磁コイル２５２ｂに励磁電流が供給される。このとき、電磁コイル２５２ｂには電磁力が発生して固定鉄心２５３ｂが磁化する。この電磁力は、吸気弁２４０ｂの自重よりも強く設定されているため、固定鉄心２５３ｂは、はアーマチャ２５８ｂを吸引し、吸気弁２４０は閉弁状態となる（図８（ａ））。
【００７４】
Ｄ３．変形例３：
上記変形例１では、互いに隣接する３つの吸気弁２４０ａを、正三角形の頂点に配置したが、互いに隣接する３つのアクチュエータを、正三角形の頂点に配置するようにしてもよい。図９は、燃焼室２１０と反対側から見た変形例の複数のアクチュエータの配置を示す説明図である。本変形例においても、上記実施例と同様に、円筒形の複数のアクチュエータが２層の積層状に配置されているものとした。アクチュエータ２５０Ｃｄ、２５０Ｃｕは、それぞれ下段および上段に配置されたアクチュエータを示している。破線で示した丸印は、吸気弁の弁棒２４４ｃを表している。こうすることによって、複数のアクチュエータを緻密に配置することができる。
【００７５】
Ｄ４．変形例４：
上記実施例では、複数の吸気弁２４０を全て同じバルブタイミングで駆動するものとしたが、異なるバルブタイミングで駆動するものとしてもよい。図１０は、変形例としての吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示す説明図である。エンジン２００のクランク角度を用いて、それぞれの弁が開いている期間を示した。図中のＴＤＣおよびＢＤＣは、それぞれピストンの上死点および下死点を示している。黒塗りの円弧ａ、ｂ、ｃ、ｄは、吸気弁の開期間を、白抜きの円弧ｅは、排気弁の開期間を示している。図示したように、本変形例では、４つのグループにグループ化された吸気弁について、４種類のバルブタイミングが用意されており、複数のバルブをグループごとに個別に開閉することができる。こうすることによって、上記実施例よりも更に柔軟に吸気弁の開閉状態を制御することができる。また、複数の吸気弁のバルブタイミングを制御することによって、燃焼室２１０内に吸入される空気の気流を、スワール流やタンブル流など、所望の気流となるように制御することも可能である。なお、本変形例では、吸気弁について４種類のバルブタイミングを設定したが、更に多くのバルブタイミングを設定するようにしてもよい。また、排気弁についても、複数のバルブタイミングを設定するようにしてもよい。
【００７６】
Ｄ５．変形例５：
上記実施例では、吸気弁２４０をＯＮ／ＯＦＦ制御するものとたが、これに限られない。例えば、励磁電流を制御することによって、電磁コイル２５２に発生する電磁力を制御し、吸気弁２４０の開弁量を制御するようにしてもよい。
【００７７】
Ｄ６．変形例６：
上記実施例では、吸気弁２４０の弁座は、円形であるものとしたが、楕円形など、他の形状であってもよい。また、大きさについて、少なくとも１つが異なっていてもよい。このような場合、隣接する３つの吸気弁が二等辺三角形の頂点に配置されるように、複数の吸気弁を配置するようにしてもよい。こうすることによって、形状や大きさが異なる複数の吸気弁を緻密に配置することができる。
【００７８】
Ｄ７．変形例７：
上記実施例では、本発明を４サイクルのガソリン・エンジンに適用した例を示したが、複数の弁の駆動を適切に制御することによって、２サイクルのエンジンにも適用可能である。また、ディーゼル・エンジンの運転制御にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としてのエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０の概略構成を示す斜視図である。
【図３】燃焼室２１０側から見た吸気弁２４０の配置を示す説明図である。
【図４】吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０を含む電磁弁の概略構成および吸気弁２４０の開閉駆動について示す説明図である。
【図５】吸気弁２４０の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】要求出力とスロットル開度との関係、および、吸入空気量と駆動する吸気弁２４０の個数との関係を示す説明図である。
【図７】変形例としての吸気弁とアクチュエータとの配置を示す説明図である。
【図８】ノーマリ・オープンの電磁弁の概略構成および吸気弁２４０ｂの開閉駆動について示す説明図である。
【図９】燃焼室２１０と反対側から見た変形例の複数のアクチュエータの配置を示す説明図である。
【図１０】変形例としての吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…アクセル開度センサ
２０…車速センサ
３０…回転数センサ
１００…制御ユニット
２００…ガソリン・エンジン
２０２…シリンダ
２１０…燃焼室
２２０…吸気管
２２２…スロットル弁
２２４…インジェクタ
２３０…排気管
２４０、２４０ｄ、２４０ｕ、２４０ａ、２４０ｂ…吸気弁
２４１ａ１，２４１ａ２，２４１ａ３…リブ材
２４２、２４２ａ…バルブシート
２４４、２４４ｂ、２４４ｃ…弁棒
２５０、２５０ｄ、２５０ｕ、２５０ａ１〜２５０ａ７、２５０Ｃｄ…アクチュエータ
２５２、２５２ｂ…電磁コイル
２５３、２５３ｂ…固定鉄心
２５４、２５４ｂ…スプリング
２５６…ストッパ
２５８、２５８ｂ…アーマチャ
２６０…排気弁
２７０…アクチュエータ
２８０…点火プラグ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to operation control of an internal combustion engine including a plurality of valves.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, output and torque of an engine (internal combustion engine) are controlled by controlling the amount of intake air to a combustion chamber. The control of the intake air amount is generally performed by controlling the throttle valve opening in accordance with the accelerator opening.
[0003]
In controlling the intake air amount by controlling the throttle valve opening, when the throttle valve opening is reduced, a so-called pumping loss (energy loss due to resistance when the engine sucks air) occurs. For this reason, in recent years, there has been a demand for so-called non-throttle operation in which the efficiency of the engine is improved by controlling the intake air amount without using a throttle valve.
[0004]
As an engine technology capable of non-throttle operation, for example, there is a technology called Valvetronic (registered trademark). In this technique, the engine controls the intake air amount by continuously changing the valve opening / closing timing and the lift amount by an intake valve operating mechanism using a cam mechanism in a state where the throttle valve is almost fully opened. .
[0005]
Another technique for improving the efficiency of the engine is to use a multi-valve intake and exhaust valve. Multi-valve technology is a technology that improves the intake and exhaust efficiency of the engine by reducing the inertial mass per valve by using multiple valves in one combustion chamber and opening and closing the valves at high speed. is there. Conventionally, an engine having eight intake and exhaust valves in one combustion chamber has been realized.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-169418
[Patent Document 2]
Patent No. 2802540
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, there is room for further improvement in the valve operating mechanism and control of the engine. In the control of the valve opening / closing timing and the lift amount using the cam mechanism, detailed control was difficult. Further, in a valve operating mechanism using a cam mechanism, there is a space limitation, and it has been difficult to make a multi-valve further.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a technique for further improving the operation efficiency of an internal combustion engine.
[0009]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, the present invention employs the following configurations.
The control device of the present invention
A control device for controlling operation of an internal combustion engine,
The internal combustion engine,
A combustion chamber,
A plurality of intake valves for inhaling a predetermined gas into one of the combustion chambers;
An intake valve drive unit that can open and close a part of the plurality of intake valves in an open / close state different from other intake valves;
With
The intake valves are grouped into a plurality of groups that open and close integrally,
The control device includes:
An input unit for inputting a predetermined request regarding the operation of the internal combustion engine,
In response to the request, for each group, a control unit that controls the intake valve driving unit so that different open / close states are mixed in the plurality of intake valves,
The gist is to provide
[0010]
In the present invention, the internal combustion engine to be controlled includes a plurality of intake valves grouped into a plurality of groups that open and close integrally. In addition, at least one group includes a plurality of intake valves. The “grouping” may be performed by hardware using a rib material or the like that connects a plurality of intake valves, or may be performed by software.
[0011]
Examples of the “predetermined request regarding the operation of the internal combustion engine” include a required output, a torque, and the like. According to the present invention, the plurality of intake valves provided in the combustion chamber of the internal combustion engine can be controlled to be in a desired open / close state for each group as required, so that the intake air amount to the internal combustion engine can be flexibly adjusted. , And operation efficiency can be improved. Here, the “open / close state” is defined by an open / close period and a lift amount. Therefore, the fact that different open / close states are mixed means that the intake valves having at least one of the open / close period and the lift amount are mixed, and includes various states except that the intake valves of all the groups move integrally. .
[0012]
In the control device of the present invention, when the plurality of intake valves are grouped by software, the group may be fixed through operation of the internal combustion engine,
The control unit may further change a combination of the plurality of intake valves forming the group according to the request.
[0013]
By doing so, the operation of the internal combustion engine can be controlled more flexibly.
[0014]
In the control device of the present invention,
The request may be an amount of suction of the gas.
[0015]
One of the control targets for obtaining a desired output or torque from the internal combustion engine is an intake amount of gas, for example, air to the internal combustion engine. According to the present invention, the open / close state of the plurality of intake valves can be controlled so that a desired gas intake amount is obtained.
[0016]
Further, in the control device of the present invention,
The request may be an airflow state of the gas sucked into the combustion chamber.
[0017]
Here, examples of the “gas flow state” include a swirl flow (horizontal spiral) and a tumble flow (vertical spiral). Generally, the operating efficiency of an internal combustion engine changes by changing the gas flow state and the fuel combustion method. For example, when the output required for the internal combustion engine is low, low fuel consumption can be realized by generating a swirl flow in the combustion chamber and stratifying the fuel. When the output required of the internal combustion engine is high, a high output can be realized by generating a tumble flow in the combustion chamber and homogeneously burning the fuel. According to the present invention, the open / close states of the plurality of intake valves can be controlled so that a desired airflow state is obtained.
[0018]
In the control device of the present invention,
The control unit may control the number of the intake valves to be opened and closed.
[0019]
The amount of gas intake per unit time from one intake valve to the combustion chamber is generally determined by the peripheral length of the valve and the valve opening amount. Therefore, by controlling the number of intake valves to be opened and closed, the amount of gas intake into the combustion chamber can be easily controlled in multiple stages. In this case, the opening / closing of one intake valve may be simply ON / OFF controlled to simplify the control.
[0020]
Further, in the control device of the present invention,
The control unit may control opening and closing timings of the plurality of intake valves so that the intake valves that open and close at different opening and closing timings coexist.
[0021]
By doing so, the amount of gas suctioned into the combustion chamber and the gas flow state in the combustion chamber can be finely controlled. For example, the amount of gas suctioned into the combustion chamber can be controlled by controlling the opening period of the intake valve. Further, the gas flow in the combustion chamber can be controlled by controlling the opening period of each intake valve in a stepwise manner for a plurality of intake valves.
[0022]
Further, in the control device of the present invention,
The control unit may control opening amounts of the plurality of intake valves.
[0023]
As described above, the amount of gas intake from one intake valve to the combustion chamber is generally determined by the circumference of the valve and the valve opening amount. According to the present invention, the opening / closing of the intake valve can be more finely controlled than simply ON / OFF controlled.
[0024]
In the control device of the present invention,
The intake valve drive unit includes a mechanism capable of independently opening and closing each of the plurality of intake valves,
It is preferable that the control unit individually controls the open / close state of the plurality of intake valves.
[0025]
By doing so, the operation of the internal combustion engine can be controlled more finely, and the operating efficiency can be further improved.
[0026]
In the control device of the present invention,
The control may be performed in a state where an intake pipe for sucking air into the combustion chamber is at atmospheric pressure.
[0027]
The state in which the intake pipe is at atmospheric pressure includes, for example, a state in which a throttle valve for reducing the amount of intake air is not provided in the internal combustion engine, a state in which the opening of the throttle valve is relatively large, a state in which the throttle valve is almost fully opened, and the like. In the present invention, as described above, the driving of the plurality of intake valves can be finely controlled, so that a so-called non-throttle operation can be realized.
[0028]
In the control device of the present invention,
The internal combustion engine further comprises:
A plurality of exhaust valves for exhausting combustion gas from the combustion chamber,
An exhaust valve drive unit capable of opening and closing a part of the plurality of exhaust valves in an open / close state different from other exhaust valves;
With
The control unit may further control the exhaust valve driving unit such that different open / close states are mixed in the plurality of exhaust valves.
[0029]
By doing so, the exhaust of the combustion gas can be further finely controlled.
[0030]
The present invention can be configured as an invention of an internal combustion engine. That is,
A first internal combustion engine according to the present invention comprises:
A combustion chamber,
A plurality of valves mounted on the head of the combustion chamber for either taking air into or exhausting from the combustion chamber;
A plurality of driving units for opening and closing the plurality of valves;
A link connecting each of the drive units and at least one of the valves,
The gist is that the plurality of driving units are arranged in a stack of at least two layers.
[0031]
By doing so, the drive section of the internal combustion engine can be compactly configured in the direction perpendicular to the drive direction, so that the space limitation described above is eliminated, and the multi-valve of the intake / exhaust valve is further improved as compared with the related art. Can be realized. As a result, the inertial mass per intake / exhaust valve can be reduced, and the valve can be opened and closed at high speed, so that the intake / exhaust efficiency of the internal combustion engine can be improved. In addition, it is possible to reduce the impact noise when opening and closing the intake and exhaust valves. Further, wear of the friction portion of the intake / exhaust valve can be suppressed, and the life of the intake / exhaust valve can be extended. Furthermore, by reducing the inertial mass of the intake / exhaust valve by using a multi-valve, it is possible to reduce the size of the drive unit, so that the above-described effects can be obtained synergistically.
[0032]
The sizes of the plurality of intake / exhaust valves can be arbitrarily set, and may be the same, or the size of at least one valve may be different from the size of the other valves. Also, the shape of the link connecting the valve and the drive unit can be set arbitrarily.
[0033]
In the first internal combustion engine of the present invention,
The plurality of valves may be any of intake and exhaust valves, but may be intake valves.
[0034]
By doing so, the internal combustion engine of the present invention can be controlled and efficiently operated by the control device of the present invention described above.
[0035]
In the first internal combustion engine of the present invention,
At least some of the plurality of valves may be grouped into a plurality of groups by being connected by a predetermined rib material.
[0036]
In this way, a plurality of grouped valves can be opened and closed in conjunction with each other. The rib material may be provided inside the combustion chamber or outside the combustion chamber.
[0037]
In the above internal combustion engine,
The plurality of driving units may be provided for each of the groups.
[0038]
By doing so, the number of drive units can be reduced, and the configuration of the internal combustion engine can be simplified.
[0039]
In the first internal combustion engine of the present invention,
The plurality of driving units can be configured in various modes,
A spring member for biasing the valve in one of the valve closing direction and the valve closing direction,
An electromagnetic coil that generates an electromagnetic force that pulls the valve in the other direction,
It is preferable to open and close the plurality of valves.
[0040]
By doing so, the driving unit can be configured to be simple, compact, and capable of high-speed driving.
[0041]
In the first internal combustion engine of the present invention,
The driving units arranged in a stack are provided with at least three driving units for at least one layer,
The three driving units adjacent to each other in the same layer may be arranged at vertices of a triangle.
[0042]
By doing so, the driving units can be densely arranged. In particular, it is effective when the shape of the driving unit is circular. Note that the triangle is preferably an equilateral triangle from the viewpoint of miniaturizing the arrangement of the driving unit.
[0043]
Further, a second internal combustion engine of the present invention includes:
A combustion chamber,
Three or more valves each mounted on the head of the combustion chamber for either taking air into the combustion chamber or exhausting from the combustion chamber;
A plurality of driving units for opening and closing the valve,
The gist is that the three valves adjacent to each other are arranged at the vertices of a triangle.
[0044]
Normally, intake and exhaust valves of an internal combustion engine are circular. According to the present invention, the intake and exhaust valves can be arranged densely to achieve a multi-valve structure. The triangle is preferably an equilateral triangle from the viewpoint of making the arrangement of the intake and exhaust valves dense. When the shape of the plurality of intake / exhaust valves is elliptical, or when they are circles having different sizes, they may be arranged at the vertices of an isosceles triangle so that they are densely arranged. .
[0045]
The present invention can be configured as an invention of a control method of an internal combustion engine in addition to the configuration as the internal combustion engine and the control device of the internal combustion engine described above. In addition, in the aspect as the control method of the internal combustion engine, it is possible to apply the various additional elements described above.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples. A. Engine system configuration:
B. Valve mechanism:
C. Drive control of intake valve:
D. Modification:
[0047]
A. Engine system configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an engine system as one embodiment. The engine system of this embodiment includes a four-cycle gasoline engine 200 mounted on a vehicle and a control unit 100. A vehicle is usually equipped with a gasoline engine having a plurality of cylinders. However, in this embodiment, only one cylinder 202 is shown for convenience of illustration and description. The control unit 100 corresponds to the control device of the present invention. The gasoline engine 200 corresponds to the internal combustion engine of the present invention. Hereinafter, gasoline engine 200 is simply referred to as engine 200.
[0048]
The control unit 100 is configured as a microcomputer including a CPU, a RAM, and a ROM inside. The control unit 100 controls the operation of the engine 200 by software by the CPU executing a program stored in the ROM.
[0049]
Various signals for controlling the engine 200 are input and output to the control unit 100. Only representative ones are shown in the figure. Input signals to the control unit 100 include an accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 10, a running speed of the vehicle detected by the vehicle speed sensor 20, and a speed of the engine 200 detected by the rotation speed sensor 30. The number of rotations is included. The output signal from the control unit 100 will be sequentially described together with the configuration of the engine 200.
[0050]
An intake pipe 220 for sucking air into the combustion chamber 210 and an exhaust pipe 230 for exhausting combustion gas from the combustion chamber are connected to a head portion of the combustion chamber 210. An intake valve 240 and an exhaust valve 260 are provided at a connection portion between the combustion chamber 210 and the intake pipe 220 and at a connection portion between the combustion chamber 210 and the exhaust pipe 230, respectively.
[0051]
Actuators 250 and 270 for opening and closing the intake valve 240 and the exhaust valve 260 are connected to each other, and are driven and controlled by a signal from the control unit 100. Although the intake valve 240, the exhaust valve 260, and the actuators 250 and 270 are shown one each for the sake of illustration, they are each provided with twenty-five as described later. These can be opened and closed in different opening and closing states, and can be individually driven and controlled. The plurality of intake valves 240, the actuators 250, and their drive control will be described later in detail.
[0052]
The intake pipe 220 is provided with a throttle valve 222 for reducing the amount of intake air to the combustion chamber 210. The control unit 100 controls the opening of the throttle valve 222 (throttle opening) according to the required output and the like.
[0053]
The intake pipe 220 is also provided with an injector 224 for injecting gasoline. In the present embodiment, a port injection type engine that injects gasoline into the intake pipe 220 is illustrated, but a so-called direct injection type engine may be used. The control unit 100 controls the injector 224 according to the intake air amount, and injects an appropriate amount of gasoline at an appropriate timing so that an appropriate combustion is performed.
[0054]
An ignition plug 280 is provided in the combustion chamber 210. The mixture of gasoline and air is compressed by the spark plug 280 after being compressed in the combustion chamber 210. The control unit 100 controls the ignition timing according to the rotation speed of the engine 200, the required load, and the like.
[0055]
B. Valve mechanism:
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the intake valve 240 and the actuator 250. The valve seat 242 is provided with 25 intake valves 240. The valve seat of the intake valve 240 is circular. A cylindrical actuator 250 is connected to each intake valve 240. Each intake valve 240 and actuator 250 are configured as an electromagnetic valve, as described later. The actuator 250 opens and closes by driving the intake valve 240 in the vertical direction in the figure.
[0056]
As illustrated, the 25 actuators 250 are arranged in a two-layer stack. In the present embodiment, 14 actuators 250d are arranged in the lower stage, and 11 actuators 250u are arranged in the upper stage.
[0057]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of the intake valve 240 as viewed from the combustion chamber 210 side. An intake valve 240u indicated by a white circle indicates an intake valve corresponding to the upper actuator 250u illustrated in FIG. An intake valve 240d indicated by a hatched circle indicates an intake valve corresponding to the lower actuator 250d illustrated in FIG.
[0058]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a solenoid valve including the intake valve 240 and the actuator 250 and a drive for opening and closing the intake valve 240. FIGS. 4A and 4B show a valve closed state and a valve open state, respectively. The intake valve 240 has a valve rod 244. An armature 258 is fixed to almost the distal end of the valve stem 244. Further, a stopper 256 is fixed to the valve stem 244 at a predetermined distance from the armature 258. An electromagnetic coil 252 and a fixed iron core 253 are provided between the stopper 256 and the armature 258. A spring 254 is provided between the fixed iron core 253 and the armature 258. The natural length of the spring 254 is set to be longer than the distance between the fixed core 253 and the armature 258 when the fixed core 253 and the stopper 256 are in contact with each other. Therefore, the force of the spring 254 returning to the natural length acts to lift the armature 258 upward in the drawing, that is, to urge the intake valve 240 in the valve closing direction.
[0059]
The ON / OFF of the solenoid valve is controlled according to a signal from the control unit 100. The solenoid valve of this embodiment is a normally closed solenoid valve. That is, when the signal from the control unit 100 is OFF, the exciting current is not supplied to the electromagnetic coil 252. At this time, since no electromagnetic force is generated in the electromagnetic coil 252, the armature 258 is lifted upward in the drawing by the force of the spring 254 returning to the natural length, and the intake valve 240 is in the closed state ( FIG. 4 (a). On the other hand, when the signal from control unit 100 is ON, the exciting current is supplied to electromagnetic coil 252. At this time, an electromagnetic force is generated in the electromagnetic coil 252, and the fixed iron core 253 is magnetized. This electromagnetic force is set stronger than the force of the spring 254, the fixed iron core 253 sucks the armature 258, and the intake valve 240 is opened (FIG. 4B). Note that the distance between the fixed iron core 253 and the armature 258 substantially corresponds to the lift amount of the intake valve 240.
[0060]
In the engine 200 of the present embodiment described above, the 25 actuators 250 can be compactly arranged by arranging them in a stacked manner. Therefore, it is possible to eliminate the space limitation described above and realize a multi-valve intake / exhaust valve as compared with the related art. As a result, the inertial mass per intake valve 240 can be reduced, and the valve can be opened and closed at high speed, so that the intake and exhaust efficiency of the engine 200 can be improved. Further, it is possible to reduce the impact sound with the valve seat 242 when the intake valve 240 is opened and closed. Further, wear of the frictional portion of the intake valve 240 can be suppressed, and the life of the intake and exhaust valves can be extended. Furthermore, by reducing the inertial mass of the intake valve 240 by using a multi-valve, the actuator 250 can be reduced in size, so that the above-described effects can be obtained synergistically.
[0061]
C. Drive control of intake valve:
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the drive control process of the intake valve 240. This process is a process that is repeatedly executed by the CPU of the control unit 100 while the engine 200 is operating.
[0062]
First, the CPU inputs the outputs detected by the accelerator opening sensor 10, the vehicle speed sensor 20, and the rotation speed sensor 30 (step S100). Then, the required output of engine 200 is determined based on the input value (step S110). The determination of the required output is performed by referring to a predetermined map representing the relationship between the respective values. Then, based on the required output, the amount of intake air to be taken into the combustion chamber 210 is determined (step S120). The required output and the intake air amount are determined by a predetermined calculation. Then, the throttle opening and the number of driven intake valves 240 are determined so that a desired intake air amount is sucked into the combustion chamber 210 (step S130).
[0063]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the required output and the throttle opening, and the relationship between the amount of intake air and the number of intake valves 240 to be driven. The upper part of FIG. 6 shows the relationship between the required output and the throttle opening, and the lower part shows the relationship between the intake air amount and the number of driven intake valves 240.
[0064]
In the illustrated example, when the required output in the region A is relatively low, the number of intake valves 240 to be driven is fixed, and the amount of intake air is controlled by controlling the throttle opening. At this time, a certain number of intake valves 240 to be driven are grouped by software, and the intake valves 240 in the same group are driven at the same timing. The combination of the intake valves 240 to be grouped can be set arbitrarily, and the combination can be changed according to the operating conditions of the engine 200.
[0065]
When the required output in the region B is relatively high, the throttle opening is almost fully opened, and the number of intake valves 240 to be driven is increased or decreased to control the amount of intake air. Even when the required output in the region A is relatively low, the throttle opening is almost fully opened, and the number of the driven intake valves 240 is reduced while the intake pipe 220 is at atmospheric pressure, as in the region B. The intake air amount may be controlled by increasing or decreasing the amount. That is, the engine 200 can perform non-throttle by controlling the driving of the 25 intake valves 240.
[0066]
When the number of intake valves 240 to be driven is determined in step S130 of FIG. 5, the CPU determines which of the 25 intake valves 240 is to be driven (step S140). The relationship between the number of intake valves 240 to be driven and the number is predetermined. Then, the valve timing of each intake valve 240 is controlled (step S150). In this embodiment, all the selected intake valves 240 are driven at the same timing.
[0067]
In this embodiment, as described above, the exhaust system also includes 25 exhaust valves 260 and 25 actuators 270. These are also arranged similarly to the intake valve 240 and the actuator 250 shown in FIG. These are all driven at the same timing in accordance with the valve timing of the intake valve 240. As with the intake valve 240, the exhaust valve 260 may be controlled according to the required output. For example, when the required output is low and the number of driven intake valves 240 is small, the number of driven exhaust valves 260 can be reduced. By doing so, power consumption in the actuator 270 can be suppressed.
[0068]
According to the engine 200 and the control unit 100 of the present embodiment described above, the drive of the 25 intake valves 240 multi-valve is finely and flexibly controlled according to the operating conditions of the engine 200. Since the intake air amount can be flexibly controlled, the operation efficiency of the engine 200 can be improved as compared with the related art.
[0069]
D. Modification:
As described above, the embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to such embodiments, and various embodiments can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the following modifications are possible.
[0070]
D1. Modification 1
In the above embodiment, the 25 intake valves 240 and the actuators 250 are arranged as shown in FIGS. 2 and 3, but the present invention is not limited to this. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an arrangement of an intake valve and an actuator as a modification. FIG. 7A is a diagram viewed from the opposite side of the combustion chamber 210. FIG. 7B is a diagram viewed from the combustion chamber 210 side. As shown in the figure, the valve seat 242a includes an intake valve 240a having 30 circular valve seats, and includes a portion in which three adjacent intake valves 240a are arranged at the vertices of an equilateral triangle. In. By doing so, the plurality of intake valves 240a can be densely arranged.
[0071]
Further, the 30 intake valves 240a are grouped into three groups, group 1, group 2, and group 3, by three rib members 241a1, 241a2, and 241a3. Then, two actuators 250a1 and 250a2 are connected to the group 1, three actuators 250a3, 250a4 and 250a5 are connected to the group 2, and two actuators 250a6 and 250a7 are connected to the group 3. Note that the three actuators 250a2, 250a3, and a50a7 are arranged in a stack, and the actuator 250a3 is arranged on the upper stage of 250a2 and 250a7. By doing so, the configuration of the engine can be simplified, and the thirty actuators can open and close the thirty intake valves 240a in an interlocked manner.
[0072]
D2. Modified example 2:
In the above embodiment, the intake valve 240 and the actuator 250 constitute a normally-closed solenoid valve, but may constitute a normally-open solenoid valve. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a normally open solenoid valve and driving for opening and closing the intake valve 240b. FIGS. 8A and 8B show a valve closed state and a valve open state, respectively. The intake valve 240b has a valve rod 244b. An armature 258b is fixed to the valve stem 244b. 8, an electromagnetic coil 252b and a fixed iron core 253b are provided above the armature 258b. The fixed iron core 253b and the armature 258b are connected by a spring 254b.
[0073]
This solenoid valve is also ON / OFF controlled according to a signal from the control unit 100. When the signal from the control unit 100 is OFF, no exciting current is supplied to the electromagnetic coil 252b. At this time, since no electromagnetic force is generated in the electromagnetic coil 252b, the intake valve 240b is opened by its own weight while being pulled by the spring 254b (FIG. 8B). On the other hand, when the signal from control unit 100 is ON, an exciting current is supplied to electromagnetic coil 252b. At this time, an electromagnetic force is generated in the electromagnetic coil 252b, and the fixed iron core 253b is magnetized. Since this electromagnetic force is set stronger than the own weight of the intake valve 240b, the fixed iron core 253b sucks the armature 258b, and the intake valve 240 is closed (FIG. 8A).
[0074]
D3. Modification 3:
In the first modification, the three adjacent intake valves 240a are arranged at the vertices of an equilateral triangle. However, the three adjacent actuators may be arranged at the apex of an equilateral triangle. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an arrangement of a plurality of actuators according to a modified example as viewed from the side opposite to the combustion chamber 210. In this modification, as in the above embodiment, a plurality of cylindrical actuators are arranged in a two-layer stack. The actuators 250Cd and 250Cu indicate the actuators arranged at the lower and upper stages, respectively. A circle indicated by a broken line indicates the valve stem 244c of the intake valve. By doing so, a plurality of actuators can be densely arranged.
[0075]
D4. Modification 4:
In the above embodiment, the plurality of intake valves 240 are all driven at the same valve timing, but may be driven at different valve timings. FIG. 10 is an explanatory diagram showing valve timings of an intake valve and an exhaust valve as a modification. The period during which each valve is open is shown using the crank angle of the engine 200. TDC and BDC in the figure indicate the top dead center and the bottom dead center of the piston, respectively. Black arcs a, b, c, and d indicate the opening periods of the intake valves, and white arcs e indicate the opening periods of the exhaust valves. As illustrated, in this modification, four types of valve timings are prepared for the intake valves grouped into four groups, and a plurality of valves can be individually opened and closed for each group. By doing so, the open / close state of the intake valve can be controlled more flexibly than in the above embodiment. Further, by controlling the valve timings of the plurality of intake valves, it is possible to control the airflow of the air sucked into the combustion chamber 210 to a desired airflow such as a swirl flow or a tumble flow. In this modification, four types of valve timings are set for the intake valves, but more valve timings may be set. Also, a plurality of valve timings may be set for the exhaust valve.
[0076]
D5. Modification 5:
In the above embodiment, ON / OFF control of the intake valve 240 is performed. However, the present invention is not limited to this. For example, by controlling the exciting current, the electromagnetic force generated in the electromagnetic coil 252 may be controlled, and the opening amount of the intake valve 240 may be controlled.
[0077]
D6. Modification 6:
In the above embodiment, the valve seat of the intake valve 240 is circular, but may be other shapes such as elliptical. Further, at least one of the sizes may be different. In such a case, a plurality of intake valves may be arranged such that three adjacent intake valves are arranged at the vertices of an isosceles triangle. By doing so, a plurality of intake valves having different shapes and sizes can be densely arranged.
[0078]
D7. Modification 7:
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a 4-cycle gasoline engine has been described. However, the present invention can be applied to a 2-cycle engine by appropriately controlling the driving of a plurality of valves. The present invention is also applicable to operation control of a diesel engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine system as one embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of an intake valve 240 and an actuator 250.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an arrangement of an intake valve 240 viewed from a combustion chamber 210 side.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an electromagnetic valve including an intake valve 240 and an actuator 250, and opening and closing driving of the intake valve 240.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of a drive control process of the intake valve 240.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a required output and a throttle opening, and a relationship between an intake air amount and the number of intake valves 240 to be driven.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an arrangement of an intake valve and an actuator as a modification.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a normally open solenoid valve and opening and closing driving of an intake valve 240b.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an arrangement of a plurality of actuators according to a modified example as viewed from the side opposite to the combustion chamber 210.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing valve timings of an intake valve and an exhaust valve as a modification.
[Explanation of symbols]
10. Accelerator opening sensor
20 ... Vehicle speed sensor
30 ... Rotation speed sensor
100 ... control unit
200 ... gasoline engine
202 ... cylinder
210: Combustion chamber
220 ... intake pipe
222 ... Throttle valve
224 ... Injector
230 ... exhaust pipe
240, 240d, 240u, 240a, 240b ... intake valve
241a1, 241a2, 241a3 ... rib material
242, 242a: Valve seat
244, 244b, 244c ... valve stem
250, 250d, 250u, 250a1 to 250a7, 250Cd ... actuator
252, 252b ... electromagnetic coil
253, 253b ... fixed iron core
254, 254b ... spring
256 ... Stopper
258, 258b ... armature
260 ... exhaust valve
270 ... actuator
280: spark plug

Claims

A control device for controlling operation of an internal combustion engine,
The internal combustion engine,
A combustion chamber,
A plurality of intake valves for inhaling a predetermined gas into one of the combustion chambers;
An intake valve drive unit that can open and close a part of the plurality of intake valves in an open / close state different from other intake valves;
With
The intake valves are grouped into a plurality of groups that open and close integrally,
The control device includes:
An input unit for inputting a predetermined request regarding the operation of the internal combustion engine,
In response to the request, for each group, a control unit that controls the intake valve driving unit so that different open / close states are mixed in the plurality of intake valves,
A control device comprising:

The control device according to claim 1, wherein
The control unit further changes a combination of the plurality of intake valves forming the group according to the request,
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The request is a suction amount of the gas,
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The request is a gas flow state of the gas sucked into the combustion chamber,
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The control unit controls the number of the intake valves to be opened and closed,
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The control unit controls opening and closing timings of the plurality of intake valves so that the intake valves that open and close at different opening and closing timings coexist.
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The control unit controls a valve opening amount of the plurality of intake valves,
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The intake valve drive unit includes a mechanism capable of independently opening and closing each of the plurality of intake valves,
The control unit individually controls the open / close state of the plurality of intake valves,
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The control is executed in a state in which an intake pipe for sucking air into the combustion chamber is at atmospheric pressure.
Control device.

The control device according to claim 1, wherein
The internal combustion engine further comprises:
A plurality of exhaust valves for exhausting combustion gases from one of the combustion chambers;
An exhaust valve drive unit capable of opening and closing a part of the plurality of exhaust valves in an open / close state different from other exhaust valves;
With
The control unit further controls the exhaust valve driving unit so that different open / close states are mixed in the plurality of exhaust valves,
Control device.

A control method for controlling operation of an internal combustion engine,
The internal combustion engine,
A combustion chamber,
A plurality of intake valves for inhaling a predetermined gas into one of the combustion chambers;
An intake valve drive unit that can open and close a part of the plurality of intake valves in an open / close state different from other intake valves;
With
The intake valves are grouped into a plurality of groups that open and close integrally,
(A) obtaining a predetermined request related to the operation of the internal combustion engine;
(B) controlling the intake valve drive unit so that different open / close states are mixed in the plurality of intake valves for each of the groups in response to the request;
A control method comprising:

An internal combustion engine,
A combustion chamber,
A plurality of valves mounted on the head of the combustion chamber for either taking air into or exhausting from the combustion chamber;
A plurality of driving units for opening and closing the plurality of valves;
A link connecting each of the drive units and at least one of the valves,
The plurality of driving units are arranged in a stack of at least two layers,
Internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 12,
The plurality of valves are intake valves;
Internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 12,
At least some of the plurality of valves are grouped into a plurality of groups by being connected by a predetermined rib material.
Internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 14,
The plurality of driving units are provided for each of the groups,
Internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 12,
The plurality of driving units,
A spring member for biasing the valve in one of the valve closing direction and the valve closing direction,
An electromagnetic coil that generates an electromagnetic force that pulls the valve in the other direction,
By opening and closing the plurality of valves,
Internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 12,
The driving units arranged in a stack are provided with at least three driving units for at least one layer,
The three driving units adjacent to each other in the same layer are arranged at the vertices of a triangle.
Internal combustion engine.

An internal combustion engine,
A combustion chamber,
Three or more valves mounted on the head of the combustion chamber for either taking air into the combustion chamber or exhausting from the combustion chamber;
A plurality of driving units for opening and closing the valve,
Three said valves adjacent to each other are arranged at the vertices of a triangle,
Internal combustion engine.