JPH0311121A - エンジンの電磁バルブ制御装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 この発明は、吸排気バルブを電磁力により開閉作動する
エンジンの１磁バルブ制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、吸入空気の供給時期を制御するエンジンとして、
例えば、特開昭５５−１４８９３２号公報に開示されて
いるものがある。該エンジンは、吸気口又は該吸気口と
連通ずる吸気管内に制御ｎ弁を配置し、該制御弁の開閉
時期を調整する調整手段を設けたものであり、部分負荷
時における負の仕事を極力減少させることによって部分
負荷時の燃料消費率を改善するものである。このエンジ
ンについては、全負青時には、吸気工程の終わりで吸気
弁と制御弁を閉鎖するが、部分ａ荷時には、吸気工程の
途中で制Ｊ’Ｂ弁を閉鎖し且つ吸気工程の終わりで吸気
弁を閉じるものである。

また、内燃機関のバルブ機構として、例えば、特開昭５
８−１８３８０５号公報に開示されたものがある。該内
燃機関のバルブ機構は、内燃機関の作動状態を検出する
検出器、即ち、クランク軸の回転状態を検出する検出器
及びアクセル開度検出器の検出信号に基づいて吸気バル
ブ及び排気バルブを電動手段で動作させるものである。

更に、エンジンの運転状態に応じて吸排気バルブを制御
する電子制御エンジンは、例えば、特開昭５９−１６２
３１２号公報に開示されている。

該電子制御エンジンは、エンジンの吸排気弁を電磁力に
より開閉制御するものであり、エンジンの運転状態及び
大気状態を入力し、所定クランク角毎にデータサンプリ
ングすることにより吸排気弁の開閉タイミング、リフト
特性、オン・オフ時間比率及びインジェクターの噴射量
を決定する手段と、所定クランク角毎に吸排気弁のソレ
ノイドへ駆動信号を出力する手段と、吸気弁の開弁時に
インジェクターへ駆動信号を出力する手段とを備えたも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、一般に、４サイクルエンジンの吸排気サイク
ルは、第１図のＰ−Ｖ線図において点線で示すように、
吸気工程において、吸気バルブの開放によって上死点Ｔ
、Ｄ、Ｃ，よりピストンが下降し、シリンダ内へ吸入さ
れる０次いで、喚気バルブが下死点Ｂ、Ｄ、Ｃ，前より
閉鎖されるので、下死点Ｂ、Ｄ。

Ｃ３ではシリンダ内は負圧となる。その後、圧縮工程で
下死点Ｂ、Ｄ、Ｃ，よりピストンが上昇し、次いで正圧
点を経過して混合気が圧縮されて温度と圧力が上昇する
。圧縮工程の終わり上死点Ｔ、Ｄ、Ｃ，の少し前で混合
気は点火或いは着火され、仕事工程即ち膨張工程に移っ
て燃焼によって発生した高圧ガスによってピストンは押
し下げられ仕事を行う。

次に、排気バルブが開放され、ピストンの上昇で排気工
程に移って仕事をしたガスが燃焼室外へ排気される。と
ころが、ブローダウン時には、エンジンの高負荷時には
５〜６　ｋｇ／ｃｍ２の排気ガスが排気管へ吹き出すが
、吹き出し量が限定されエンジンサイクルの排気工程で
背圧を押し出す運動即ち負の仕事が発生し、パワーロス
が発生する。一方、ブローダウンがないまま、シリンダ
内で膨張仕事が行われれば、出力燃費も向上する。

ところで、エンジンの要求性能は、今後益々、コンパク
ト化、大出力化等が要求される。また、エンジンの性能
は、低速度で高トルク、仕事量の増大による性能向上、
燃費向上即ち出力損失のないことが要求されている。ま
た、断熱エンジンでは、低負荷時であっても燃焼室から
の熱の放散が少なく、低圧縮比であっても混合気の燃焼
状態を良好に行うことができるものである。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
吸排気バルブをセラミック材料の軽量な材料で製作して
該吸排気バルブを電磁力で開閉作動して開閉タイミング
、バルブリフト量等の開閉作動を制御することによって
、クランクシャフトの回転とは独立して吸排気バルブを
制御できることに着眼し、更に、ミラーサイクルエンジ
ンと同様に、吸気バルブの閉鎖時期をエンジンの部分負
荷時には吸気工程の途中で閉鎖制御して空気量を減少さ
せ圧力を低く抑えながら圧縮比は元のままとすることに
より低温燃焼させ、最高圧力を低く抑えて膨張工程即ち
仕事工程を引き延ばして排気圧をほぼ大気圧付近にまで
下げ、全ての排気ガスエネルギーを利用することを意図
している。しかし、ミラーサイクルで吸入空気量が低下
して燃焼状態を良好に維持できない状態の発生するのは
不本意であるため、吸気バルブの早期の閉鎖制御に応じ
て吸気工程時の吸気流量の不足分を、酸素富化装置を作
動して酸素含有量を上昇させ即ち酸素濃度を上昇させて
所定の酸素量を確保して酸素当量比を変更しないで所定
の出力を維持し、更に、圧縮工程の始め及び膨張工程の
終わりの下死点Ｂ。

Ｏ，Ｃ，での燃焼室内の圧力を大気圧近くにして排気工
程での背圧を低下させ、排気工程で背圧を押し出すボン
ピング仕事即ち負の仕事によるパワーロスを低減するエ
ンジンの電磁バルブ制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記目的を達成するため、次のように構成
されている。即ち、この発明は、吸排気バルブをＮＭｉ
力で開閉作動する電磁バルブ駆動装置、吸気の酸素濃度
を上昇させる酸素富化装置、エンジン負荷を検出する検
出手段、及び咳検出手段による検出値が設定負荷値以下
の検出信号に応答して前記吸気バルブの閉鎖時期を吸入
工程の途中で閉鎖し且つ前記酸素富化装置を作動し、ま
た前記設定負荷値以上の検出信号に応答して前記吸気バ
ルブの閉鎖を定常時期で閉鎖する制御を行うコントロー
ラを有するエンジンの電磁バルブ制御装置に関する。

また、このエンジンの電磁バルブ制御装置において、前
記コントローラは吸入空気中の酸素含有量を検出する検
出手段による検出信号に応答して前記吸気バルブの開閉
作動を制御して所定の酸素当量比で燃焼を維持するもの
である。

〔作用〕

この発明によるエンジンの電磁バルブ制御装置は、上記
のように構成され、次のように作用する。

即ち、このエンジンのｉｍｍパルプ？１ｌＶｉ置は、吸
排気バルブを＠、磁力で開閉作動する電磁バルブ駆動装
置で、エンジン負荷が所定負荷以下の検出信号に応答し
て吸気の酸素濃度を上昇させて前記吸気バルブのバルブ
閉鎖時期を吸入工程の途中で閉鎖制御したので、吸気流
量を低減して低圧力且つ低温度で燃焼させ、酸素富化装
置で吸気の酸素濃度を上昇させて所定の酸素当量比で燃
焼させ、吸気バルブを吸気工程の終わりで閉鎖した場合
と同等の出力を確保し且つスモークの発生を抑えると共
に、最高圧力を低く抑えて仕事工程においてほぼ大気圧
付近の排気圧までの全てのガスエネルギーを利用すると
共に、圧縮工程の始め及び膨張工程の終わりの下死点Ｂ
、Ｄ、Ｃ，での燃焼室内の圧力を大気圧近くにして排気
工程での背圧を低下させ、排気工程で背圧を押し出すボ
ンピング仕事即ち負の仕事によるパワーロスを低減する
。

また、エンジンの負荷信号値が前記設定ｆＬ荷値以上の
高負荷時には、前記吸気バルブの閉鎖を定常時期、例え
ば、圧縮工程に入って正圧に変わる直前の時期で閉鎖す
る制御を行うので、通常のエンジンサイクルと同様の所
定の出力を確保することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるエンジンの電磁
バルブ制御装置の実施例を説明する。

第１図には、この発明による′Ｑ磁バルブ制で１装置を
組み込んだミラーサイクルエンジンについてのｌ−Ｖ線
図が示されている。

第１図において、エンジンの作動サイクルを説明するた
め、■サイクルにおけるシリンダ内のガス状態の変化が
示されており、横軸に容積Ｖを且つ縦軸に圧力Ｐをプロ
ットしている。ここで、ピストンの受圧面積は一定であ
るので、横軸はピストン工程の位置を示すことができ、
左１！端が上死点Ｔ、Ｄ、Ｃ，であり且つ右終端が下死
点Ｂ、Ｄ、Ｃ，の位置に相当している。また、ビストン
ストロークはクランク角度の関数であり、横軸の圧力Ｐ
をクランク角としてプロットすることができる。

そこで、この発明によるエンジンの！［バルブ制御装置
におけるミラーサイクルの４サイクルの吸排気サイクル
を説明する。

エンジンサイクルの吸気工程において、を磁バルブ駆動
装置によって吸気バルブが点ａにおいて開放され、吸気
バルブの開放状態で、ピストンは上死点Ｔ、Ｄ、Ｃ，か
ら下降し、吸気ボートより吸入空気が大気圧Ｐ０近くの
圧でシリンダ内に吸入される。吸気工程の途中、例えば
、下死点Ｂ、Ｄ、Ｃ，の終了前クランク角度で５０°の
付近（図では、点ｂ）で電磁バルブ駆動装置を作動して
吸気バルブを閉鎖する。吸気バルブの閉鎖によって、吸
気ボートからシリンダ内へは吸入空気部ち吸気は供給さ
れないが、ピストンは下死点Ｂ、Ｄ、Ｃ，まで下降を続
けるので、シリンダ内の圧力Ｐは低下し且つ容積ｖは増
大して点Ｃに到る。従って、シリンダ内の吸入空気圧は
大気圧Ｐ０より低下して断熱膨張を行って吸気工程を終
了する。

次いで、サイクルは圧縮工程に移るが、吸気バルブ及び
排気バルブは閉鎖されており、圧縮工程で下死点Ｂ、Ｄ
、Ｃ，よりピストンが上昇し、まず、シリンダ内圧は点
Ｃから点すの線に沿って大気圧Ｐ。の状態へ戻る。即ち
、シリンダ内の吸入空気は、点Ｃから点すの線に沿って
断熱圧縮されてシリンダ内圧は大気圧Ｐ、へ戻る。引き
続いてピストンの上昇によって混合気は点ｄに到るまで
圧縮されて温度と圧力が上昇する。圧縮工程の終わり上
死点Ｔ、Ｄ、Ｃ，において、混合気は点火或いは着火さ
れ、仕事工程へと移る。混合気は燃焼してシリンダ内圧
は最高圧Ｐ□８に達し、点ｄから点ｅの線に沿う燃焼期
間は終了する。ここで、燃焼期間に現れる最高圧Ｐ　Ｍ
ＡＲのシリンダ内圧は、従来のエンジンサイクルでは、
第１図の点線で示すように、最高圧ＰＪＩＡやより高い
値Ｐ′、８を示している。即ち、このミラーサイクルエ
ンジンでは、吸気バルブが吸気工程の途中で閉鎖された
ため、吸気流量がカントされ、そのカットされた分だけ
最高圧力が低く抑えられるようになる。

次いで、仕事工程即ち膨張工程において、点ｅから点ｆ
の線に沿って燃焼によって発生した高圧ガスによってピ
ストンは押し下げられ仕事を行う。

仕事工程が進み、排気ガスは後燃えしつつピストンを降
下させるが、仕事工程の終了は下死点Ｂ、　Ｄ。

Ｃ，＜点ｆに符合）のほぼ大気圧Ｐ０に到るまで続けら
れる。従って、排気ガスのブローダウンと高圧ガスの逃
げがない状態で膨張工程が終了する。

ここで、排気工程の開始時期には、シリンダ内圧は、従
来のエンジンサイクルでは第１図の点線で示すように、
大気圧Ｐ０より高い値を示しているが、この発明を組み
込んだミラーサイクルエンジンでは、シリンダ内圧はほ
ぼ大気圧Ｐ０の状態へ戻り、その点ｆにおいて排気バル
ブが開放され、接点ｆから点ａまでの線に沿って排気工
程が行われ、仕事をした排気ガスがシリンダ内即ち燃焼
室外へ排気される。

従って、この発明による１ｔＭ１バルブ制御装置を組み
込んだミラーサイクルエンジンでは、吸気バルブの閉鎖
時期を早めるように制御することによって、従来のエン
ジンサイクルにおける排気工程では、はぼ大気圧で排気
が行われるので、排気工程で背圧を押し出すボンピング
仕事即ち負の仕事（第１図の点線の負の部分）はほとん
ど無くなり、該負の仕事で発生していたパワーロスを熾
くすことができる。

しかしながら、吸気工程において、シリンダ内に供給さ
れる吸入空気の吸気流１　ｖ　ｓは、吸気バルブが開放
している点ａから点すまでの間であるので、排気工程に
おける点ｆから点ａまでに排気される排気量■、に対す
る性能低下は避けられない、そこで、この発明による電
磁バルブ制御装置を組み込んだミラーサイクルエンジン
では、上記の吸気流量ｖ１１に対する排気量Ｖ、の性能
低下をカバーするため、吸気の酸素濃度を酸素センサー
によって検出し、酸素濃度即ち酸素量Ｑが所定の酸素量
Ｑ、より少ない場合には、吸気工程において吸入される
空気の酸素濃度を酸素富化装置３０（第２図参照）によ
って上昇させるように制御したものである。酸素富化装
置３０については、従来のもので良く、例えば、フィル
タによる酸素濃度のアップ、或いは酸素供給装置を設け
てもよい。

吸入空気の酸素濃度を高めることによって、吸気工程の
全域にわたって吸入空気を導入した場合の吸気流量即ち
Ｖ、に相当する酸素量まで回復させることによって、所
定の酸素当量比で同等の燃料流量を燃焼させることがで
きる。従って、吸気流量が流量■工であっても流量Ｖ、
と同等の出力を出すことができ、艶効率を向上させるこ
とができる。この場合に、吸気流量が低く抑えられてい
るので、最高圧力Ｐ　ＭＡＸが抑制され、従って、Ｎ０
ｘ（７Ｌ発生も低減される。しかも、吸気の酸素４度が
リッチであるので、燃料の燃焼状態が良好に行われ、吸
気の空気圧を過給圧で供給した場合によりも、スモッグ
の発生を少なく抑えることができる。

従って、この発明によるエンジンの電磁バルブ制御装置
を組み込んだ酸素富化装置３０を備えたミラーサイクル
エンジンは、上記のように構成されているので、吸気バ
ルブの閉鎖時期等の開閉作動をエンジンの作動状態に応
じて制御することによって、良好なエンジンサイクルで
運転を達成することができる。即ち、膨張工程における
排気ガスのブローダウンと高圧ガスの逃げが無く、はぼ
大気圧Ｐ０で排気工程が行われるので、排気工程でのボ
ンピング仕事の負の仕事の分が少なくなり、しかも、酸
素濃度が０．２１　ＶＳ　／Ｌｌの比で高くなるので、
燃焼即ち燃料との反応性も良好になる。

また、このミラーサイクルエンジンにおける吸排気バル
ブは電磁バルブ駆動装置でコントローラによって開閉作
動が制御されるので、バルブ開度を自由に制御すること
ができ、吸気バルブを最も好ましいバルブ開度に設定で
きる。しかも、シリンダ内の最高ガス圧力即ちＰ　ＭＡ
Ｍが従来のエンジンに比較して低減されているので、エ
ンジンの構造上での強度についても補強する必要がない
、また、このミラーサイクルエンジンを断熱エンジンに
適用した場合には、低負荷時でも燃焼室からの熱の放散
がないので、低圧力で且つ低温度で燃焼を良好に達成で
き、極めて最適なエンジンを提供できる。

次に、この発明によるエンジンの電磁バルブ制御装置に
おける吸気バルブ及び排気バルブを開閉作動できる！磁
パルプ駆動装置の一例を第２図を参照して説明する。第
２図に示すように、この電磁バルブ駆動装置は、エンジ
ン１３に組み込まれているものであり、を磁バルブ駆動
装置の要部がエンジン１３から取り出された状態で概念
的に示されている。エンジン１３への供給燃料を制御す
る燃料噴射装置２１は噴射ノズル１２を存し、該噴射ノ
ズル１２はシリンダヘッド３の上部から吸気ボート６に
貫入され、ノズル孔から噴射される燃料がシリンダ内へ
と噴霧導入される。この燃料噴射装置２１は、コントロ
ーラ１５からの指令によって所定量の燃料を噴射するよ
うに制？Ｊされるものである。また、エンジン１３の出
力軸に対して回転センサー１４が設けられ、エンジン回
転数を検出する。このエンジン回転数の検出値即ち回転
信号は、コントローラ１５に入力される。吸気バルブ１
は、セラミック材料で製作され、シリンダへラド３に固
定したバルブガイド１６に案内されて上下方向に摺動可
能に配設されている。

吸気バルブ１の上昇又は下降によって吸気バルブ１のバ
ルブフェース１７が、シリンダヘッド３の吸気ボート６
に設置されたバルブシート１８に当接又は離脱すること
によって、吸気ボート６が開閉されるものである。従っ
て、これらの吸気ボート６の開閉作動或いは開閉量によ
ってエンジン１３のシリンダ内への吸入空気量が制御さ
れるものである。吸気バルブ１の上端部２３には、軟鉄
等の磁性材料から成る可動子１９が固定されており、こ
の可動子１９には可動子コイル２４が設けられている。

また、可動子１９に対して、該可動子１９の上方に軟鉄
等の磁性材料から成る固定子２５がシリンダへラド３に
設置されており、しかも固定子２５には固定子コイル２
０が設けられている。従って、可動子コイル２４及び固
定子コイル２０が通ｔ／遮断されることによって、固定
子２５は可動子１９を吸引／離反することになり、吸気
バルブ１を上下に動弁駆動する。なお、シリンダへラド
３の上面に形成されたバルブスプリングシート１１と可
動子１９との間には、バルブスプリング２６が配設され
ている。従って、吸気バルブ１は、バルブスプリング２
６のばね力により常時は閉弁されるものである。

一方、吸気ボート６への吸気通路３６には、酸素富化装
置３０の酸素富化膜３７が接続され、エンジンの高負荷
時には、酸素富化装置３０を作動して吸入空気を酸素富
化膜３７を通して吸入するように制御する０例えば、吸
入空気をエアクリーナ２９を通じて吸入する通常の第１
吸気系３４と酸素富化装置３０の酸素富化膜３７を通じ
て吸入する第２吸気系３５を設けて置き、開閉バルブ３
３によって第１吸気系を閉鎖すること、或いは図示して
いないが、切換えバルブによって何れか一方の吸気系か
ら吸入空気を吸入するように切り換えることによって達
成できる。

吸入空気をエンジンに導入する吸気系の一例を、図を参
照して説明する０通常の第１吸気系３４から吸入空気を
エンジンに導入する場合には、開閉バルブ３３を開放状
態にしてエアクリーナ２９を通じて第１吸気系３４から
吸気通路３６及び吸気ボート６を通じてエンジン即ち燃
焼室Ｂに吸入空気を導入する。酸素４度の高い吸入空気
をエンジンに導入する場合には、酸素富化装置３０にお
ける送風ファン３１を作動すると共に、アクチュエータ
３２を駆動して開閉バルブ３３を閉鎖して第１＠、気系
３４を閉鎖或いは絞った状態にする。それによって、吸
入空気は、直接外気或いはエアクリーナ２９又は別に設
けたエアクリーナから第２吸気系３５に吸入され、次い
で、酸素富化装置３０の酸素富化膜３７を通り、酸素１
度の高められた吸入空気は吸気通路３６へ導入され、吸
気ボート６を通じて燃焼室８に吸入される。

更に、ｔＳ力で作動される吸排気バルブについては、吸
排気バルブ自体を構成する材料は、軽量化のためセラミ
ック材で製作されており、また吸排気バルブのバルブフ
ェース１７及びバルブステム２の摺動部に鉄粉等が吸着
することを防止するため非磁性材料のセラミック材で製
作されることが好ましい、しかるに、バルブフェース１
７及びバルブステム２の摺動部に鉄粉等が吸着すると、
吸排気バルブによる吸排気ボートの密閉状態が悪化する
し、また、摺動部の摩擦抵抗が大きくなり焼き付き等の
好ましくない状態が発生する。そこで、吸排気バルブを
１電磁力で作動するため、吸排気バルブの上端部には、
磁性材料から成る可動子１９を別途膜けである。上記の
ように吸排気バルブを構成することによって、コントロ
ーラ１５がらの制御された電流が可動子コイル２４及び
固定子コイル２０に通電又は遮断されると、固定子２５
は可動子１９をスプリング２６の付勢力に抗して離反又
は吸引を行うことができ、従って、吸気バルブ１は下降
又は上昇を行い、吸気バルブ１のバルブフェース１７は
吸気ボート６を開放又は閉鎖を行うことができる。

この電磁バルブ駆動装置は、位置センサー４、負荷セン
サー５、温度センサー７、回転センサー１４及び酸素セ
ンサー２２によって積出された各検出信号をコントロー
ラ１５に人力され、コントローラ１５は該検出信号を受
けて該各検出信号に応答して、！磁バルブ駆動装置のバ
ルブリフターＩＯにおける固定子コイル２０及び可動子
コイル２４に電流を流し、電Ｃｎ石を励磁して各吸排気
バルブを開閉作動することができる。エンジン１３の負
荷センサー５は、エンジン負荷を検出するものであり、
燃料噴射装置２１の噴射ノズル１２からエンジン１３へ
の供給される燃料供給量を検出するか、或いはアクセル
ペダル２８の踏込み量を検出することによって検出でき
るものである。言い換えれば、負荷センサー５は、エン
ジン１３への燃料供給量の検出センサー及び／又はアク
セルペダル２８の踏込量の検出センサーで構成すること
ができる。従って、エンジン１３への燃料供給量及び／
又はアクセルペダル２８の踏込み量の信号をエンジンの
負荷信号として、コントローラ１５に入力することによ
って、吸排気バルブの！磁バルブを制御することができ
る。また、エンジン１３の位置センサー４は、ピストン
のストロークの位置を検出するものであり、クランク角
を検出することによって検出することができる。また、
吸入空気の温度を検出するために温度センサー７が設け
られ、吸気流量の酸素濃度を検出するために酸素センサ
ー２２が設けられている。更に、吸気ボート６を形成す
る吸気通路３６には、吸気流量センサー９が配設されて
いる。この吸気流量センサー９は、例えば、電流を通じ
た電熱線に当たる空気流を、［熱線の抵抗値変化により
検出するものであり、該吸気流量センサー９からの信号
はコントローラ１５の吸気流量処理装置に入力され、吸
気ボート６を通る吸入空気量を検出するこ、とができる
。

コントローラ１５は、マイクロコンビュータカら成り、
演算処理を行う中央制？Ｂ装置、演算処理手順、制御手
段等を格納する各種メモリ、入／出力ボート等を備えて
おり、前述の各種センサー等からの各種信号が人力され
ると、メモリに格納された手順により処理が行われ、吸
気バルブ１及び排気バルブの開閉作動のための動弁機構
用の電磁コイル２０．２４に対して制御指令を発し、吸
排気バルブの開閉作動を制御する。即ち、コントローラ
１５は、吸排気バルブの開閉時期に限らず、バルブ開度
、バルブリフト量、燃料の噴射タイミング等の演算を行
い、制御指令が発せられるように構成されている。なお
、図中、２７はバッテリであり、コントローラ１５、動
弁用の各種コイル等のｔＳとなるものである。なお、図
では、吸気バルブ１についてのみ図示されているが、こ
の電位バルブ駆動装置は、排気バルブについても同様に
電磁駆動されるものであり、排気バルブが配置される排
気系の構成は、排気ボートに流量センサー及び噴射ノズ
ルが配置されていないものである。

次に、この発明によるエンジンのｉｓバルブ制ｉｎ装置
に組み込むことができる１を磁バルブ駆動装置は、上記
のように構成されており、このエンジンの電磁バルブ制
御装置の作動の一例を図面を参照して説明する。第３図
はこの発明による電磁バルブ制御装置を組み込むことが
できる電磁パルプ駆動装置付きエンジンの作動の一例を
示す処理フロー図である。

この発明によるエンジンのｉｉｔ磁バルブ制御１装置に
ついては、吸気バルブ１と排気バルブのバルブタイミン
グ等を最適状態に制御するため、コントローラ１５から
の指令によって、吸気バルブ１と排気バルブの電磁バル
ブ駆動装置である各バルブリフター１０の作動をｔｒＩ
ｆｉ力によって制御する。

即ち、バルブリフター１０はクランク軸の回転とは独立
して制御できるので、燃焼室８への吸入空気量、排気量
、吸気の燃焼室８への吸入時、排気ガスの燃焼室８から
の排気時、及び吸気バルブ１と排気バルブのバルブタイ
ミングの制御は、適宜にエンジン１３の負荷及び回転数
に応じて最適状態に調節し、エンジン１３を良好に作動
ができるように制御する。

そこで、エンジン１３の始動に伴って電磁バルブ駆動装
置が駆動制御され、吸気バルブ１と排気バルブが開閉作
動される。第１ステツプとして、エンジン１３の駆動に
よって、エンジン負荷り。

を負荷センサー５によって検出し、該検出信号をコント
ローラ１５に入力する。また、吸入空気の温度を温度セ
ンサー７によって検出し、該検出信号をコントローラ１
５に入力する（ステップ４０）、更に、吸入空気中の酸
素濃度を検出するため、酸素センサー２２によって吸入
空気中の酸素の含有量Ｑを検出し、該検出信号をコント
ローラ１５に入力する（ステップ４１）、コントローラ
１５はこれらのエンジン作動状態に関する各検出信号に
応答して吸気バルブ１と排気バルブを最適状態で開閉作
動するため、吸排気バルブの各バルブリフクー１０に指
令を発し、吸排気バルブの各バルブリフター１０におけ
る固定子コイル２０及び可動子コイル２４にｔ流を供給
し、各吸排気バルブを動弁作動して開閉制御するため、
次の処理を行う。

負荷センサー５によって検出されたエンジン負荷り、が
予め計算された所定の負荷し、より大きいか否かを判断
する（ステップ４２）、即ち、吸気バルブｌの閉弁時に
ついては、エンジン１３の低負荷時には、高負荷時に比
較してピストンが下死点Ｂ、Ｄ、Ｃ，の手前付近、即ち
、吸気工程の途中で、例えば、吸気工程終了前５０°付
近で閉弁することが、上記のように出力損失が無く好ま
しいので、吸気バルブ１の閉弁時期を制御するため、吸
気バルブｌの作動状態の変更時に当たるエンジン１３の
負荷が予め所定の負荷ＬＥ＋に設定されている。

次いで、酸素センサー２２によって検出された酸素含有
量Ｑが予め設定された所定の酸素量Ｑ・より高いか否か
を判断する（ステップ４３）、即ち、吸入空気の酸素濃
度即ち酸素量をＩＱが所定の酸素量Ｑ０より少ない場合
には、一定の酸素当量比で燃焼を行わせるため、吸入空
気の酸素濃度を上昇させる酸素富化装置３０を作動し、
第２吸気系３５を通じて即ち酸素富化膜３７を通して吸
入空気を燃焼室８即ちシリンダ内に吸入するように制御
する（後述のステップ５１）が、多い場合には、該酸素
富化装置３０を駆動して吸入空気をシリンダ内に吸入す
る必要がないので、エアクリーナ２９を通じて通常の第
１吸気系３４から吸入空気をシリンダ内に吸入するよう
に制御する。

また、この場合に、温度センサー７によって検出された
吸入空気の温度ＴＡが予め計算された所定の温度ＴＡＩ
より高いか否かを判断して温度条件を考慮するように制
御してもよいことは勿論である。即ち、寒冷時等におけ
る吸入空気温度ＴＡが低い場合には、燃焼室内の温度も
余り高く維持されておらず、低圧縮比では燃焼がスムー
ズに行われず好ましくないので、吸入空気温度Ｔ、が予
め設定された所定の温度Ｔ、ｌより低い場合には、通常
の圧縮比で燃焼を行わせるように制御するため、吸気バ
ルブ１の早い時期での閉鎖を行わないようにする。

エンジン負荷り、が所定の負荷Ｌｔ＋より大きく、且つ
吸入空気の酸素濃度即ち酸素含有量Ｑが所定の酸素ＩＱ
、より多い場合には、吸気バルブ１の閉鎖時期を通常の
バルブ開閉時期、例えば、圧縮工程に入って正圧に変わ
る直前における時期において吸気バルブ１を閉鎖するよ
うに制御する（ステップ４６）、即ち、吸気バルブ１を
電磁バルブ駆動装置のバルブリフター１０によって電磁
力で動弁作動を行うように制御ルするため、位置センサ
ー４によってクランク角即ちピストンのストローク位置
を検出し、該検出信号をコントローラ１５に入力する（
ステップ４４）、更に、吸排気バルブのパルプリフター
１０即ちバルブ駆動系の駆動条件をチエツクする（ステ
ップ４５）。

吸気バルブ１のバルブ駆動系の駆動条件に異常がないな
らば、吸気バルブ１をｔｍ力によって位置センサー４に
よって検出した検出信号に基づいてバルブ開度時期、バ
ルブタイミング、バルブリフト量、バルブ開度時間を決
定して、コントローラ１５からの指令によって開閉制御
する（ステップ４６）。エンジン１３の駆動を更に引き
続き行うか否かを判断しくステップ４７）、エンジン１
３を引き続き駆動する場合には、処理は最初のステップ
４０の戻り、エンジン１３の駆動を停止する場合には電
磁バルブ駆動装置の制御は終了する。

また、ステップ４２において、負荷センサー５によって
検出されたエンジン負荷Ｌｃが所定の負荷Ｌｔ＋より小
さいことが判断され、また、ステップ４３において、酸
素センサー２２によって検出された酸素含有量Ｑが予め
設定された所定の酸素量ＱＱよりより少ないことが判断
された場合には、一定の酸素当量比で燃焼を維持するた
め、酸素富化装置３０を作動して酸素富化膜３７によっ
て吸入空気の酸素濃度を上昇させ、該酸素濃度のリッチ
な吸入空気を第２吸気系３５を通して燃焼室８即ちシリ
ンダ内に吸入するように制御する（ステップ５１）と共
に、エンジン１３は低負荷時であって吸気バルブ１を早
期に閉鎖して吸入空気量をカットして低圧力且つ低温度
で燃焼させる制御を行う（ステップ５０）ことが好まし
いので、吸気バルブ１の閉鎖時期を吸気工程の途中、例
えば、吸気工程終了前５０°付近で閉鎖するように、電
磁バルブ駆動装置のバルブリフター１０を動弁作動する
ため、位置センサー４によってクランク角即ちピストン
のストローク位置を検出し、該検出信号をコントローラ
１５に入力する（ステップ４８）、更に、吸気バルブ１
の電磁バルブ駆動装置のバルブリフター１０即ちバルブ
駆動系の駆動条件をチエツクする（ステップ４９）。

吸気バルブ１のバルブ駆動系の駆動条件に異常がないな
らば、吸気バルブ１の閉鎖時期を吸気工程の途中、例え
ば、吸気工程終了前５０６付近で閉鎖制御するための条
件、即ち、吸気バルブ１を電磁力によって位置センサー
４によって検出した検出信号に基づいてバルブタイミン
グ、バルブリフト量、バルブ開度時間を決定して、コン
トローラ１５からの指令によって開閉制御ｎする（ステ
ップ５０）、同時に、酸素富化装置３０を作動するため
、コントローラ１５からの指令によって、アクチュエー
タ３２を駆動して開閉バルブ３３を閉鎖或いは開口量を
絞ると共に、送風ファン３Ｉを作動して第２＠気系３５
から吸入空気を送り込むように制御する（ステップ５１
）。吸入空気は酸素富化膜３７を通って酸素濃度を高め
られ、酸素濃度のリッチな吸入空気は吸気通路３６及び
吸気ボート６を通って燃焼室８内に吸入される。

次いで、エンジンエ３の駆動を更に引き続き行うか否か
を判断しくステップ５２）、エンジン１３を引き続き駆
動する場合には、処理は最初のステップ４０の戻り、上
記処理ステップを操り返す。

エンジン１３の駆動を停止する場合には電磁バルブ駆動
装置の制御は終了する。

（発明の効果〕 この発明によるエンジンの１ｔＭ！ｌバルブ制御装置は
、上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、このエンジンの電磁バルブ制御装置は、吸排
気バルブを電磁力で開閉作動する電磁バルブ駆動装置、
吸気の酸素濃度を上昇させる酸素富化装置、エンジン負
荷を検出する検出手段、及び該検出手段による検出値が
設定負荷値以下の検出信号に応答して前記吸気バルブの
閉鎖時期を吸入工程の途中で閉鎖し且つ前記酸素富化装
置を作動し、また前記設定負荷値以上の検出信号に応答
して前記吸気バルブの閉鎖を定常時期で閉鎖する制御を
行うコントローラを有するので、エンジン負荷が低負荷
時には、仕事量を増加させるため、吸気バルブを吸入工
程の途中で閉鎖して吸気流量を低減して低圧力且つ低温
で燃焼させ、吸入空気をカットすることで吸気流量が低
減することに対応して前記酸素富化装置によってその分
だけ酸素濃度を上昇させて所定の酸素当量比で燃焼させ
る。従って、前記吸気バルブを正圧の変更直前で閉鎖し
た場合と同等の出力を確保し且つ酸素濃度がリンチであ
るのでスモークの発生を抑えることができ、低圧力であ
るのでＮｏヨの発生を低減でき、特に、最高圧力を低く
抑えて仕事工程においてほぼ大気圧付近の排気圧までの
全てのガスエネルギーを利用すると共に、圧縮工程の始
め及び膨張工程の終わりの下死点Ｂ、Ｄ、Ｃ，での燃焼
室内の圧力を大気圧近くにして排気工程での背圧を低下
さ、せ、排気工程で背圧を押し出すボンピング仕事即ち
負の仕事によるパワーロスを低減することができ、エン
ジンの低負荷時に仕事量を増大できる。即ち、膨張工程
における排気ガスのブローダウンと高圧ガスの逃げが無
く、はぼ大気圧で排気工程が行われるので、排気工程で
の背圧自体がほぼ大気圧となるため、ボンピング仕事の
負の仕事の分が少なくなり、しかも、酸素濃度は０．２
１　Ｖｓ／Ｖｑの比で高くなるので、燃焼即ち燃料との
反応性も良好になる。

また、この発明によるエンジンの電磁バルブ制ｍ装置に
おける吸排気バルブは電磁バルブ駆動装置でコントロー
ラによって開閉作動が制御されるので、バルブ開度を自
由に制御することができ、吸気バルブを最も好ましいパ
ルプ開度に設定できる。しかも、シリンダ内の最高ガス
圧力即ちＰｌ、！Ａ８が従来のエンジンに比較して低減
されているので、エンジンの構造上での強度についても
補強する必要がなく、例えば、断熱エンジンにも最適で
ある。

また、このエンジンのｔｍバルブ制御装置については、
断熱エンジンでは低負荷時に燃焼室からの熱放散が少な
いので、断熱エンジンの吸気バルブの開閉作動にこの発
明による電磁バルブ制御装置を適用すると、吸気工程の
終了手前で閉鎖して吸入空気量が少なくなっても、圧力
を低く抑えながら圧縮比は通常の状態で低温で燃焼状態
を良好に維持でき極めて最適な作動サイクルを達成でき
る。

また、このエンジンのｔ磁バルブ制欄装置において、前
記コントローラは吸入空気中の酸素含有量を検出する検
出手段による検出信号に応答して酸素濃度を調整し、且
つ前記吸気バルブの開閉作動を制御することによりて、
混合気を所定の酸素当量比での燃焼を維持することがで
き、エンジンの所定の出力を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるエンジンのＱＴｕバルフ制？１
１装置の一実施例のＰ−Ｖ線図を説明するための機略説
明図、第２図はこの発明によるエンジンの電磁バルブ制
御装置に組込む電磁バルブ駆動装置の一例を示す説明図
、及び第３図はこの電磁バルブ制御装置を組み込むこと
ができる電磁バルブ駆動装置付きエンジンの作動の一例
を示す処理フロー図である。 １−・−吸気バルブ、Ｔ、Ｄ、Ｃ，−上死点、Ｂ、Ｄ、
Ｃ下死点、４・〜位置センサー、５　　負荷セｙ＋−、
７−−温度センサー、１ｏ　　バルブリフター（を磁バ
ルブ駆動装り、１３−　エンジン、１４−ｍ−回転セン
サー、１５−　コントローラ、２２・−一一一酸素セン
サー、３ｏ　−酸素富化装置、３１−−一送風フアン、
３３−−−−−一開閉バルブ、３７−・・−酸素富化膜
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸排気バルブを電磁力で開閉作動する電磁バルブ
   駆動装置、吸気の酸素濃度を上昇させる酸素富化装置、
   エンジン負荷を検出する検出手段、及び該検出手段によ
   る検出値が設定負荷値以下の検出信号に応答して前記吸
   気バルブの閉鎖時期を吸入工程の途中で閉鎖し且つ前記
   酸素富化装置を作動し、また前記設定負荷値以上の検出
   信号に応答して前記吸気バルブの閉鎖を定常時期で閉鎖
   する制御を行うコントローラを有するエンジンの電磁バ
   ルブ制御装置。
2. （２）前記コントローラは吸入空気中の酸素含有量を検
   出する検出手段による検出信号に応答して前記吸気バル
   ブの開閉作動を制御して所定の酸素当量比で燃焼を維持
   する請求項１に記載のエンジンの電磁バルブ制御装置。