JPS6329102B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、吸気弁および排気弁を有する４サ
イクルガソリンエンジンにおいて、エンジンの作
動状態に合わせて吸気弁の開閉時期を最適に制御
する吸気弁制御手段を備え、この吸気弁制御手段
を用いてアイドリング時の回転数を調整するエン
ジンンのアイドリング回転数制御装置に関する。

従来、４サイクルガスソリンエンジンは第１図
のごちく構成されている。この第１図中、１は燃
料と空気の混合気をシリンダ９内に吸入するため
の吸気弁、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排気弁、３はクランク軸６に
連動して回転し吸気弁１を開閉作動させるカム、
４はクランク軸６に連動して回転し排気弁２を開
閉作動させるカムである。

また、５はピストンであり、このピストン５は
シリンダ９内において、各作動工程に対応して往
復運動するものであり、このピストン５に上記ク
ランク軸６が連結されている。

シリンダ９には吸気管７が連結されているとと
もに、排気管８が連結されている。吸気管７は混
合気を導入するためのものであり、排気管８は排
気ガスを外部へ排出するためのものである。

吸気管７内には、絞り弁１０が配設されてい
る。この絞り弁１０は混合気の吸入量を調節する
ためのものである。

また、吸気管７には、混合気生成手段１１が設
けられている。この混合気生成手段１１は吸入空
気とガソリンとの混合気を生成するたとえば気化
器または燃料噴射装置により構成されている。

以上のように構成された従来の４サイクルガソ
リンエンジンにおいては、ピストン５の往復運動
に機械的に連動してカム３，４が回転し、吸気弁
１、排気弁２が開閉動作を繰り返すが、クランク
軸６の1/2の回転数で回転し、吸気弁１、排気弁
２を開閉作動させるカム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
転状態に対して著しい支障がないように決められ
ている。

すなわち、第２図に示すごとく、吸気弁１は吸
入工程の始まる上死点以前θ_SBで開き始め、吸入
工程の終る下死点を通り過ぎた位置θ_SAで閉じる。

一方、排気弁２は排気工程の始まる下死点以前
θ_EBに開き始め、排気工程の終る上死点を過ぎた
位置θ_EAで閉じる。

吸気弁１の閉時期はエンジンの吸入効率を大き
く左右するパラメータで、高回転側での空気慣性
に伴なう吸入効率の低下を少しでも補なうため、
通常、吸気弁１の閉時期は下死点よりもやや遅ら
せてある。

この吸気弁１の閉時期は高回転側で吸入率が低
下しないように設定すると低回転においては、圧
縮工程にある混合気が吸気管７に逆流するという
問題が生じるため、低回転と高回転の両方の領域
において著しい支障が生じないように妥協点に設
定されている。

したがつて、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
出力性能が減少するという欠点を有していた。

また、エンジンの負荷状態を表わすたとえば、
絞り弁１０の開度、つまり吸気系の絞りの程度に
よつても吸入効率は変化するが、従来は吸気弁１
がクランク軸６の回転角に対して常に一義的に決
まる開閉時期で作動するため、エンジンの負荷状
態に対して最適な吸入効率を得ることができなか
つた。

この発明は、上記従来の欠点を解消するために
なされたもので、エンンジンの吸気弁をクランク
軸とは機械的に切り離し、電気信号により作動す
るアクチエータによつて吸気弁の開閉動作を行な
わせ、このアクチエータをエンジンの回転数や絞
り弁開度に応じて制御することにより、吸気弁の
最適開閉時期を得るようにし、かつアイドリング
回転数に対しても、このアクチエータにより吸気
弁の開閉時期を補正することによつて最適な制御
を実現できるエンジンのアイドリング回転数制御
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アイドリング回転
数制御装置の実施例について図面に基づき説明す
る。この第４図において、第１図と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略し、第１図とは
異なる部分を重点的に述べることにする。

この第４図を第１図と比較しても明らかなよう
に、符号１，２，４〜１１で示す部分は第１図と
同様であり、符号１２以降で示す部分がこの発明
の特徴をなす部分である。

すなわち、１２は電気信号によつて作動し吸気
弁１の開閉を行なわせるアクチエータ、１３は絞
り弁１０の開度を電気信号に変換する開度セン
サ、１４はクランク角センサ２１および開度セン
サ１３の出力信号を入力とし、アクチエータ１２
に制御信号を出力する制御装置である。

この制御装置１４には、さらに、水温センサ２
２、クーラ信号ａ、電気負荷信号ｂ、変速機位置
信号ｃも入力されるようになつている。水温セン
サ２２は冷却水の温度を検出するためのものであ
る。

また、２０はクランク軸６に直結された回転体
で、第５図に示すようにその円周方向に複数個の
歯２０ａおよび２０ｂを有し、クランク軸６の回
転に伴なつて発生する歯２０ａ，２０ｂの有無を
クランク角センサ２１が検出するようになつてい
る。

歯２０ｂは歯２０ａよりもその幅を広くとつて
あるので、クランク軸６の回転によつて発生する
クランク角センサ２１の出力は第９図に示すよう
に、上死点および下死点においてパルス幅が広く
なり、ピストン５の絶対的な位置をも判別できる
ようになつている。

制御装置１４の詳細な構成は第６図に示すごと
くであり、クランク角センサ２１からのパルス信
号のパルス間隔の計測または一定時間内における
クランク角センサ２１の出力パルスの計数によ
り、エンジンの回転数を検知する回転数検出回路
３０の出力、および、可変抵抗器で構成された開
度センサ１３のアナログ信号をデジタル信号に変
換するADコンバータ３１の出力とがマイクロコ
ンピユータ３２に入力されるようになつている。

マイクロコンピユータ３２はエンジン回転数と
絞り弁１０の開度の二つのパラメータに対応し
て、ROM３３内に収納された吸気弁１の開閉時
期のデータを選択し、このデータに基づいてクラ
ンク角信号に対する吸気弁１の開閉時期を演算
し、エンジンのクランク軸６の１回転ごとに駆動
回路３７を介してアクチエータ１２を駆動し、吸
気弁１の開閉時期を制御するようになつている。

エンジンの吸入効率と吸気弁１の下死点後の閉
時期との関係は第７図のごとき特性を示す。すな
わち、エンジンが高回転ａになるとシリンダ９内
に吸入される空気はその慣性のため最大の吸入効
率を得る吸気弁１の閉時期は遅い側にシフトす
る。

逆に低回転ｂにおいては、吸気弁１の閉時期が
遅過ぎると、シリンダ９内に吸入された混合気が
圧縮工程において吸気弁１を通つて吸気管７へ逆
流するため、吸気弁１の閉時期をあまり遅らせる
のは好ましくない。

また、エンジンが軽負荷、つまり絞り弁１０の
開度が小さい場合にはシリンダ９内へ吸入される
混合気の流速が低いため、吸入効率は吸気弁１の
閉時期が遅い方が大となる。

逆に重負荷すなわち絞り弁１０の開度が大きい
場合には、吸気弁１の閉時期が早い方が吸入効率
は大きい。

以上述べたエンジンの吸入効率特性から、吸気
弁１の閉時期の最適値はエンジン回転数とエンジ
ン負荷状態（たとえば絞り弁１０の開度）の二つ
のパラメータによつて第８図のようなマツプとし
て表わされる。

この第８図において、丸印の大きさは吸気弁１
の閉時期（下死点後の角度）を示しており、丸印
が大なるほど閉時期は遅くなる。

つまり、エンジン回転数が大であり絞り弁閉度
が小さいときはａ点で表わす閉時期となり最も大
きな値をとる。ａ点を基準にとればエンジン回転
数が低下すると、閉時期（下死点後の角度）は小
となり、絞り弁１０の開度が大になると、同様に
閉時期は小となる。

一方、吸気弁１が閉じた状態かから開弁が完了
するまでの過渡状態における吸気絞り効果による
混合気の吸入遅れを補なうために、エンジン回転
数が高くなると、吸気弁１の開時期を早めること
が望ましい。

これら吸気弁１の開時期および閉時期の最適値
はエンジン回転数や絞り弁開度に対するマツプと
してROM３３に予め記憶される。

マイクロコンピユータ３２はROM３３に記憶
された吸気弁１の開閉時期データに基づいてクラ
ンク位置信号に対する吸気弁１の開時期および閉
時期を演算し、たとえばソレノイド機構をもつア
クチエータ１２を駆動することにより、第９図ｃ
に示すように吸気弁１を作動させる。

第９図ａはエンジンの工程を示し、第９図ｂは
クランク位置信号を示す。また、第９図ｄは排気
弁の駆動信号を示し、第９図ｅはアクチエータ駆
動信号を示す。

このように、吸気弁１の開時期（上死点前角
度）θ_SBおよび閉時期（下死点後の角度）θ_SAは
ROM３３に予め記憶されたデータによつて最適
に制御され、高回転側においても第３図の破線で
示すように吸入効率の低下を抑止できる。

上記のように、吸気弁１の開閉時期をエンジン
の回転数や負荷状態に応じて制御することによ
り、あらゆる運転領域において吸入効率を最適に
保つことができるが、この発明では、さらに吸気
弁１の開閉時期を制御することにより、アイドリ
ング時の回転数を所定の値に調整しようとするも
のである。

第６図において、クーラスイツチ，電気負荷ス
イツチ，変速機位置，冷却水温度などの諸入力ａ
〜ｃおよび水温センサ２２の出力に対して予め定
められた所望のアイドル設定回転数となるように
回転数設定回路３４が目標とするアイドル回転数
を設定し、この設定値と回転数検出回路３０とを
比較回路３５にて比較し、その偏差を補正回路３
６に入力して、回転数と絞り弁１０の開度とから
決まる吸気弁１の開閉時期を第１０図（回転数偏
差対吸気弁閉時期）に示すような特性にしたがつ
て補正する。

このように、吸気弁１の閉時期を制御すること
によつて吸入される混合気の量を調整してアイド
リング回転数を目標値に制御するようにしている
ので、エンジンの１回転単位で応答性よくエンジ
ンの発生トルクが調整されることになる。

従来のアイドリング回転数制御は絞り弁１０の
全閉位置をアクチエータによつて制御したり、絞
り弁１０をバイパスする通路を設け、このバイパ
ス通路の開口面積を調整することにより行なわれ
ていたので、エンジンの吸気弁から離れた位置で
吸入空気量が制御されることになり、必然的に応
答性が悪いという欠点を有していたが、この発明
の場合は吸気弁１の開閉時期を直接的に制御すれ
ば、吸入管内における伝達遅れが解消され高応答
の制御性を得ることができる。また、従来のよう
にアイドリング回転数制御専用のアクチエータや
駆動装置が不要となり構成も大幅に簡素化され
る。

なお、アイドリング状態の検出方法としては周
知のごとくアクセルペダルが全閉か否かを検出す
るアイドルスイツチを設けることにより容易に行
なえ、第６図に示すごとく、このアイドルスイツ
チ３８が作動したときのみ比較回路３５の補正用
出力を有効とすればよい。

また、以上の説明において、エンジン回転数の
検出の手段として、クランク角センサを用いた
が、これ以外に回転に同期した点火信号を用いて
もよいし、エンジン負荷を表わすパラメータとし
て絞り弁開度以外に吸気管内圧力，吸入空気量な
どの状態量を用いても同様の効果が得られること
は言うまでもない。

さらには、吸気弁１を作動させるアクチエータ
１２としてはソレノイド以外に油圧機構などの他
の手段を用いてもよい。

以上のように、この発明のエンジンのアイドリ
ング回転数制御装置によれば、エンジンがアイド
ル状態にあるときに冷却水温，クーラ，電気負
荷，変速機位置などの負荷状態に応じて予め定め
られたアイドリング目標回転数と実際の回転数と
が一致するように、アクチエータの作動タイミン
グを制御装置で制御し、このアクチエータにより
吸気弁のピストン位置に対する開閉時期を制御す
るようにしたので、吸気弁の最適開閉時期を得る
ことができるとともに、従来のように、アイドリ
ング回転数制御専用のアクチエータや駆動装置が
不要となる。したがつて、構成も大幅に簡素化さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の４サイクルガソリンエンジンの
一部の断面図、第２図は従来の４サイクルガソリ
ンエンジンの動作説明図、第３図は従来およびこ
の発明のエンジンのアイドリング回転数制御装置
におけるエンジン回転数対吸入効率の特性比較
図、第４図はこの発明のエンジンのアイドリング
回転数制御装置の一実施例の構成を示す図、第５
図はこの発明のエンジンのアイドリング回転数制
御装置におけるクランク角センサと回転体の歯と
の関係を示す図、第６図はこの発明のエンジンの
アイドリング回転数制御装置における制御装置の
詳細な構成を示すブロツク図、第７図はこの発明
のエンジンのアイドリング回転数制御装置に適用
されるエンジンの吸気弁閉時期に対する吸入効率
特性図、第８図はこの発明のエンジンのアイドリ
ング回転数制御装置に適用されるエンジン回転数
対絞り弁開度の関係を示す図、第９図ａないし第
９図ｅはこの発明のエンジンのアイドリング回転
数制御装置の各部の動作波形図、第１０図はこの
発明のエンジンのアイドリング回転数制御装置に
おける回転数偏差対吸気弁閉時期の関係を示す図
である。 １……吸気弁、２……排気弁、４……カム、５
……ピストン、６……クランク軸、７……吸気
管、９……シリンダ、１０……絞り弁、１１……
混合気生成手段、１２……アクチエータ、１３…
…開度センサ、１４……制御装置、２１……クラ
ンク角センサ、３２……マイクロコンピユータ、
３３……ROM、３４……回転数設定器、３５…
…比較器、３６……補正回路、３７……駆動回
路。なお、図中同一符号は同一または相当部分を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダ、このシリンダ内の往復運動するピ
   ストン、前記シリンダ内に混合気を吸入するため
   の吸気弁、上記シリンダ内の燃焼済みガスを排出
   するための排気弁、上記吸気弁の上記ピストン位
   置に対する開閉時期を制御するアクチエータ、エ
   ンジンがアイドリング状態にあるとき、冷却水
   温，クーラ，電気負荷，変速機位置などの負荷状
   態に応じて予め定められたアイドリング目標回転
   数と実際の回転数とが一致するように上記アクチ
   エータの作動タイミングを制御する制御装置を備
   えてなるエンジンのアイドリング回転数制御装
   置。