JPS59147838A - ４ストロ−クサイクルピストン式内燃機関の制御方法 - Google Patents

４ストロ−クサイクルピストン式内燃機関の制御方法

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JPS59147838A
JPS59147838A JP59017683A JP1768384A JPS59147838A JP S59147838 A JPS59147838 A JP S59147838A JP 59017683 A JP59017683 A JP 59017683A JP 1768384 A JP1768384 A JP 1768384A JP S59147838 A JPS59147838 A JP S59147838A
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intake
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piston
controlling
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フランツ・ピツシンゲル
ペーテル・クロイテル
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EFU EE FUAU FUORUSHIYUNGUSU G FUYUURU ENERUGIITEHINITSUKU UNTO FUERUBURENNUNGUSU MOTOOREN MBH
Original Assignee
EFU EE FUAU FUORUSHIYUNGUSU G
EFU EE FUAU FUORUSHIYUNGUSU G FUYUURU ENERUGIITEHINITSUKU UNTO FUERUBURENNUNGUSU MOTOOREN MBH
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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】 内部燃焼を伴う動力機械では、作動媒体の流入及び流出
流れを出来るだけ適合制御することが実施され、所定の
運転条件及びその他の条件に応じた燃焼過程を最良のも
のとすることを可能とする。この様な特に柔軟な制御は
、特に定置していない内燃機関では特に所望され、その
理由はこの様な内燃機関は運転状態が非常に異ったもの
で作動するからである。
ガス交換弁、滑り弁等を制御するために、内部燃焼式内
燃機関では一般にカム軸を用いている。この様式の構造
は、開口及び閉鎖の作用が非常に限定された範囲でのみ
許容されるという欠点がある。
燃焼技術の理由から燃料−空気の混合比率を狭い範囲に
置かなくてはいけない様な、例えばオツトーサイクル内
燃機関の様な内部燃焼形ピストン式内燃機関では、従来
負荷が作動室内の新気混合物−により制御されなければ
ならない。
通常のカムによる弁制御時間が変化しない場合、新気混
合物の量が吸気系を絞ることによシ制御される。この絞
りにより充填物の交換損失及びシリンダー充填物中の不
望なガス残存量とが発生する。
既に、吸気開口の制御時間を可変とすることによ抄絞り
の欠点をなくすことは提案されて来ている。例えば、Ｓ
ＡＷ報告書第７７０８８０号において、吸気制御時間を
可変とすることによね充填を規定し負荷制御を行うこと
はジャーマン及びプルムベルグにより提案されて来てい
る。吸気調節をこの様に適合させることは一定の吸気制
御に比べて改善が行われるが、その理由は、絞り損失と
これに関連した損失を省線できるからであるが、欠点も
発生する。負荷が減少すると共に有効圧縮比も低下し、
従って圧縮端の温度も減少する。更に、混合物の着火性
及び良燃焼も悪くなる。絞り損失をなくしているという
利点は部分負荷では部分的又は完全に消滅したものとな
る。
本発明の課題は、絞シのない充填制御の利点を用い、又
前述の欠点をなくすことを課題とする。
この課題は、内的燃焼、作動室内の新気混合量による充
填物の制御及びシリンダー充填の排気部分量の変化を伴
う４ストロ一クサイクルピストン式内燃機関の制御方法
において、新気混合量が、吸気及び排気装置の他の吸入
及び排気系内の流入横断面積が一定であるときに相互に
独立した吸気及び排気装置を介して吸気及び排気装置の
＋１ｉ次規定された開閉時期により次の様に制御され、
即ち充填物の交換が終了後に所定の排気量がシリンダー
内に存在し、従って新気混合物を受入するための残存シ
リンダー容積が、充填制御の目的のために減少され、そ
の際排気の部分と新気混合物とが充填及び圧縮行程中に
シリンダー内で混合するように制御されることを特徴と
するピストン式内燃機関の制御方法によね解決する。
本発明により、排気装置、即ち一般には排気弁の制御を
、従来のものとは異って排気過程の制御のみに用いるの
ではなく主として新気充填量のｉ１＋制御に適用するこ
とを提案する。
吸気弁のみが内燃機関の運転状態を最良に制御する方向
に制御するのでＶｉなく、吸気弁と共に排気弁を、運転
中に生じる全ての運転状態で充填物の交換制御に対して
同調するように適用することにより、本発明の設定課題
を解決する条件を完全に満足する。特にエンジンの制御
を実用運転で生じる負荷に対して最良のものとすること
かできる。
次に図示の実施例によυ本発明の詳細な説明する。
第１図に示された様に燃焼機関はピストン（２）を収容
したシリンダー（１）を有している。弁（３）は内燃機
関を制御するために働き、可変弁制御装置（４）により
駆動される。制御論理回路（５）内には吸気及び排気弁
用の制御時間に対する色々な運転状態並びに燃料噴射及
び点火用のエンジン特性が内蔵されている。この論理回
路は制御入力（６）、回転数情報（７）、エンジン部分
温度（８）、冷却水温度（９）、燃焼空気の圧−力（１
０）及び温度（１１）が問診され、弁（３）を制御する
ための増巾器（１２）から電磁機械的変換器（４）とし
て形成した弁制御装置を介して噴射ノズル（１３）及び
点火栓（１４）に導出される。この様にして、流入空気
質量（１５）　Ｆｉミツイルター１６）を通じ吸気管（
１７）内に、燃料流れ（１８）は燃料タンクからポンプ
（１９）と圧力制御弁（２ｏ）を介して導入される。
第２図には、シリンダー内に残存する排気量が、吸気及
び排気装置を対応して制御時間を調節することにより最
小に保持されている任意の内燃機関回転斂における全負
荷状態から出発し、吸気及び排気装置を対応して制御し
てシリンダー内の排気量を増加し、新気を吸入するため
のシリンダー容積を減少するように負荷を減少する例を
示している。新気混合量の吸入量が減少することにより
負荷は低減する。この制御はほぼ最大負荷の半分迄実施
できる。本発明により負荷を更に低下させるのは、燃焼
室内での所定の作動サイクルで残存する排気量は充填物
の上死点交換における吸気及び排気装置の制御時間を対
応して制御することによっても減少でき、又燃焼室内に
導入される新気混合量を吸気閉鎖用の制御時間を対応し
て制御することによって減少することにより実施できる
。第２図は全体のシリンダー充填物の排気量を負荷対応
して示し７かものである。継続する作動サイクルに対し
て所望となる排気量は、燃焼室内に排気を残存させるこ
と及び／又は吸気管内の貯積排気を吸入すること及び／
又は排気管から戻し吸入することにより得ることができ
る。
第３〜８図は、左側に排気弁（Ａ）と吸気弁（Ｅ）の充
填物交換の上死点範囲における往復運動機能を示し、右
側には、クランク角度位置に対する弁の開口時間を示し
ていて、その際ＡＯは排気弁の開口時点、ＡＳｉｄＳｉ
時点を示し、ＥＯは吸気弁の開口時点、ＥＳはその閉鎖
時点を示している。
右の曲線において、充填交換の開始時の下死点ＬＷＵ　
Ｔから点火上死点ＺＯＴ迄を示している。
吸気弁は充填交換の終端時の下死点前ＵＴＯ前で閉じ、
このようにして吸入新気混合量を制限するための出力制
御法“早期−吸気−閉鎖”が実施される。
第９〜１８図は本発明による制御方法を詳細に説明する
ための充填物交換における燃焼動力機械のｐ−ｖ曲線を
示している１、 ”吸気開口”に対する制御時間に関連して、排気の閉鎖
を先行させるか（第３．９図）、排気閉鎖を遅らせる（
第４，１０図）により先行し／こ作動ザイクルからの計
量新排気が短時間的に吸気管又は排気管内に押込められ
、次いで吸入される。このようにしてピストン運勤行程
の一部が、ｔＩ］気と共に計量して作動室を充填するた
め及びこれにつづく行程部分が新気混合物の充填に用い
られる。シリンダー内容物は高温新排気と新気混合物と
からなり、これ等は次いで圧縮されて混合される。同様
な効果は上死点に対して早期に排気を閉じ、遅らせて吸
気を開くととによっても達成できる（第５，１１図）。
このようにして、部分負荷−新気混合物針が所定の袖で
あるときシリンダー内での圧縮比を高め、同時になおも
反応可能な排気の作用を点火及び火炎伝播に有利に用い
ることを可能としている。
本発明の別の構成では、排気弁を上死点前に閉じさせ、
ピストンの最後の運勤行程でシリンダー内の圧縮排気が
あるようにすることもできる。吸気弁を上死点付近で開
くと、排気量が圧力差の作用で吸気管内に流れ、これに
より混合物が吸気管内で強い作用を受ける。この様な排
気と新気の吸気管内での混合物は吸気弁を閉じる前に吸
入され（第６．１２図）る。しかし、上死点付近で排気
弁を閉じ、吸気弁をピストンの運勤行程が所定量動いた
後遅らせて点火する迄開口することによっても吸気管内
の混合物に強い作用を与えることができる。シリンダー
内の負圧によって、開口時にシリンダー内に強い流入が
生じ、この様にして混合物が強く混合作用を受けること
ができる（第７，１３図）。排気部分を多くするために
、上死点後に排気弁の閉鎖を実施することもでき、その
際吸気開口に対応して点火時点を遅らせるようにする。
特別な運転時点に対しては、ピストン運動の上側範囲で
吸気及び排気を大きく重ね合せることにより、吸気及び
排気管内に排気を押込め、ピストンの下降運動時に再び
吸入させることも有利である（第８，１４図）。
第６．７図に関連して第１２．１５図によれば、制御時
間を対応して制御することにより燃焼室及び１段気乃至
排気管間に圧力差を形成し、吸気乃至排気装置を次いで
開くとき、この圧力差が素早く平衡化１７、このときの
渦流発生により混合物の準備を改善することもできる。
２４’、’　３１ンｊに関連して第９図に示しているよ
うに、充填交換上死点前に吸気開口及び排気閉鎖用の制
御時点を７１応して制御して排気を吸気管内に押込める
こともよい。第４図に関連して第１０（支１に示してい
る様に、充填交換上死点後の吸入開口及び排気閉鎖用の
制御時点を対応して制御することＫより排気を排気管か
ら吸入することもよい。第１１図は第５図に関連して示
したものであり、この場合、充填交換上死点前の排気閉
鎖及びこの上死点後の吸気開口に対する制御時点を対応
して制御することにより排気を燃焼ネ中に残存させるこ
ともよい。又、第８図と関連し２て第１４図においては
、充填交換上死点前に吸気を早期に、開口するために制
御時間を対応して制御して排気を吸気管内に押込め、再
び吸入し、充填交換上死点後に排気閉鎖を遅らせること
により排気管から付加的に再び戻し吸入することもよい
。
本発明によれば、全負荷から出発し負荷の減少と共にシ
リンダへの充填物のうち排気量部分を増加し、低負荷節
回では排気量を再び減少するようにすることもよい（第
２図）。
本発明の推奨実施例では、所定の最大回転数に達した場
合、吸気及び排気装置の制御時間を回転数の制限の目的
で、全負荷から出発して回転数が上昇しようとする際ト
ルクが低下するように撰択することもできる。この構成
は、一定の回転数における等様な走行運転に対して負荷
の戻し調節をなくすことができる。この場合、特に燃料
消費を所望の如くし、有害排出物を減少させた運転が可
能となる。この運転は、戻し調節時の不整で衝撃的な運
転、高燃料消費及び高有害排出物の発生等を含む従来の
点火遮断の方法とは本質的に異っている。
慣性運転時には、開口保持及び／又は閉鎖保持した吸気
乃至排気装置によりガス交換損失は低く押えらｈでいる
ことにより有利にできる。
この様にして、内燃機関の損失は慣性運転中に特に低く
なる。即ち燃料消費は零で、有害排出物は全くない１．
この状態は従来のものでは得られず、その理由は従来の
動的な高負荷の弁駆動機構における初雑な動作を必要と
しないからである、３この様な従来の動弁機構は、慣性
力の吸収を大きくし、点火を止めることにより不完全燃
焼燃料及び排気中の燃料による有害排気の排出を伴わせ
る。
第１６図に示している様に、本発明によれば制動運転中
、吸気装置を閉鎖しつづけて、シリンダー内の膨張容量
変化が排気装置を開けることにより作動室と排気中の排
気系間に圧力差が牛じると流ね損失が生じないように排
気装置を制御する。従来のエンジンブレーキ法では、決
定的なブレーキ出力は排気対圧が高いとき慣性の作用に
より４ストロークサイクルの運転時のみに可能である一
方、本発明によればピストンの上昇運動を圧縮行程に又
ピストンの下降運動を膨張行程に用いることができ、又
制動の目的でそれぞれのエネルギーを排出することによ
りなくすこともできる。このようにして、従来のエンジ
ンブレーキ法に比べて本質的に高いブレーキ力を得るこ
とができる。
始動特性を改善するために、第１７図に対応して、必４
３！な新気混合物の童を吸気弁の対応制御により吸入し
、混合気準備を改善するために、それぞれの圧縮及び膨
張行程後に吸気及び排気弁を閉じつづけることで点火す
るか、又は良い混合気準備を、吸気管と燃焼室間で新気
を往複動することにより又吸気弁を開口保持することに
より達成できる。
更に暖機運転特性を改善するために、燃焼室中の作動行
程後に残存する排気を、排気弁を対応して制御すること
により全部又は一部分シリンダー内に残し、残存燃焼熱
を圧縮及び膨張時に燃焼室表面に与えることにより内燃
機関を急速に加熱させることも有利である（第１８図）
。
吸気及び排気装置を対応して制御することにより作動サ
イクル行程中の各シリンダーを１個又は籾数個毎に遮断
でき、その際吸気装置は閉鎖保持され；燃焼温度は戻し
排気により又は排気装置を開口保持することにより正し
く保持され、る。
第１図に示した構成と関連して、燃料の計量供給は、回
転舷、弁制御時間並びに吸気官圧力及び空気質量流れの
温度に応じて、ピストンの吐出作用により設定され、従
って空気比率λに対する噴射燃料流れを空気の計量を行
わず設定できるようにしている。この構成の利点は、特
別す・燃料計量測定系を省略できる点にある。これ等の
付加的な燃料供給計量系を設けるとすれば、これの取付
は空間を必要とし、又従ってコストも付加されることに
なる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の制御方法を実施するための内燃機関の
燃焼室範囲の部分説明図であり、第２図は、シリンダー
充填物内の排気禁を負荷に応じて示したダイアグラムで
あり、第３〜８図はクランク角度位置に対する弁の開口
時点（右）と弁の往復運動機能（左）を示す制御ダイア
グラムであり、第９〜１８図は本発明の推奨実施例を説
明するための充填物交換範囲における燃焼機関のＰＶ曲
線を示すものである。 図中参照番号の説明 １・・・シリンダー ２・・　・ピストン ５・・・弁 ４・・・電気機械装置 ５・・・論理回路 代理人　　　江　　崎　　光　　好 代理人　　　江　　崎　　光　　史 Ｆｌ（３，１５ＦＩＧ、１６

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （］）　　内的燃焼、作動室内の新気混合量による充填
    物の制御及びシリンダー充填の排気部分量の変化を伴う
    ４ストロ一クサイクルピストン式内燃機関の制御方法に
    おいて、新気混合量が、吸気及び排気装置の他の吸入及
    び排気系内の流入横断面積が一定であるときに相互に独
    立した吸気及び排気装置を介して吸気及び排気装置の順
    次規定された開閉時期により次の様に制御され、即ち充
    填物の交換が終了後に所定の排気量がシーリンダ−内に
    存在し、従って断気混合物を受入するための残存シリン
    ダー各棟が、充填制御の目的のために減少され、その際
    排気の部分と新気混合物とが充填及び圧縮行程中にシリ
    ンダー内で混合するように制御されることを特徴とする
    ピストン式内燃機関の制御方法。 （２）対応した制御時間によって、燃焼室と吸気乃至排
    気管間の圧力差が生じ、次の吸気及び排気装置の開口で
    、この圧力差が急速になくなり、渦流により混合物の準
    備を改善することを特徴とする特許請求の範囲第（１）
    項に記載のピストン式内燃機関の制御方法。 （３）排気量が吸気開口及び排気閉鎖に対する制御時間
    により充填物交換上死点前に吸気管に押込められること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項
    に記載のピストン式内燃機関の制御方法。 （４）排気量が吸気開口及び排気閉鎖に対する対応した
    制御時間により充填物交換上死点後排気管から吸入され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又廿第（
    ２）項に記載のピストン式内燃機関の制御方法。 （５）排気量が排気閉鎖に対する対応した制御時間によ
    り充填物の交換上死点の前に、又吸気開口に対する対応
    した制御時間によシ充窄物交換上死点後に燃焼室内に残
    存することを特徴とする特許Ｍ求の範囲第（１）項又は
    第（２）項に記載のピストン式内燃機関の制御方法。 （６）早期吸気開口に対する制御時間により充填物交換
    の上死点前に排気が吸気管内に押込められ、次いで吸入
    され、遅延排気閉鎖により充填物交換上死点後排気が排
    気管から付加的に四に逆吸入されることを特徴とする特
    許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載のピスト
    ン式内燃機関の制御方法。 （７）全負荷から出発して漸次負荷が減少するに伴いシ
    リンダー充填物中の排気の部分量が増加し、低負荷範囲
    で排気の部分量が再に低下するととを特徴とする特許請
    求の範囲第（１）〜（６）項のうちいずれかの項に記載
    のピストン式内燃機関の制御方法。 （８＋　　所定の最大回転数に達すると、回転数を制限
    するために吸気及び排気装置に対する制御時間が、全負
    荷から僅かに回転数が上昇しようとする際トルクが減少
    する迄低下するように選択されることを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）〜（７）項のうちいずれかの項に記
    載のピストン式内燃機関の制御方法。 （９）所定の空転回転数を下回ったとき吸気及び排気装
    置に対して対応した同期制御時間によりシリンダー充填
    を空転安定化のために開始０（１慣性運転時にガス交換
    損失が、吸気乃至排気装置を開口保持及び／又は閉鎖保
    持することにより低く押えられることを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）〜（６）項のうちいずれかの項に記
    載のピストン式内燃機関の制御方法。 （Ｉｌｌ　　制動運転中吸気装置を閉じているとき、シ
    リンダー内で出力される容積変化作用が、作動室と排気
    行程中の排気系間に圧力差があるとき排気装置を開くこ
    とにより流れ損失中に吸収されることを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）〜（６）項のうちいずれかの項に記
    載のピストン式内燃機関の制御方法。 ０１　　混合物のＭ備を改善するために、吸気装置を開
    口保持［７て吸気管上燃焼室間に新気混合物が杓数同往
    り移動することを特徴とする特許評ｉ求の範囲第（１）
    〜（７）項のうちいずれかの項に記載のピストン式内燃
    機関の制御方法。 旧　混合気準備を改善するために、閉鎖保持１７だ吸気
    及び排気装置によりシリンダー充填物が杓数回圧縮及び
    膨張され、次いで点火により燃焼が導入されることを特
    徴とする特許請求の前）曲筆（１）〜（７）頂及び第（
    １２項に記載のピストン式内燃機関の制御方法。 ０・Ｄ　作動行程の後排気が、圧縮及び膨張行程中に吸
    気及び排気装置を対応して制御することにより全部又は
    部分的にシリンダー内に残存することを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）〜（７）、第０３項及び第０ニー１
    項のうちいずれかの項に記載のピストン式内燃機関の制
    御方法。 ０り　吸気及び排気装置を対応して制御することにより
    、行程運転中のシリンダーが遮断され、その際吸気装置
    が閉じつづけられ、燃焼温度は開口している排気装置を
    通じての戻し吸入された排気により正しく保持されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（１）〜（９墳、第０
    ′；３．０３及びα１項のうちいずれかの項に記載のピ
    ストン式内燃機関の制御方法。 ０ｅ　　燃料の質量流れには、吸入及び排気装置の制御
    時間によって回転数に応じて、空気質量流れが計量供給
    され、所望空気比率に調節されることを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）〜０９項のいずれかの項に記載のピ
    ストン式内燃機関の制御方法。
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