CN1313718C - 内燃机的气门控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的气门控制装置，对设在1个气缸(4)上的排气门(EV1、EV2)及第1、第2吸气门(IV1、IV2)的开闭动作进行控制。电磁式气门机构(5)由电磁力开闭第1吸气门(IV1)。凸轮式气门机构(6)通过设在与内燃机(3)的旋转同步进行驱动的凸轮轴(10)上的吸气凸轮(11)来开闭第2吸气门(IV2)。凸轮式气门机构(6)可在气缸4的燃烧室内产生缸内流动。ECU(2)对电磁式气门机构(5)及凸轮式气门机构(6)进行控制。这种内燃机的气门控制装置，通过对应动转状态最佳地设定吸气门的开启时间及关闭时间而提高燃料消耗率及输出、解除吸气门处的燃料积存或与气门座的粘着、并减少成本及重量。

Description

内燃机的气门控制装置
技术领域
本发明涉及一种在1个气缸上具有排气门与多个吸气门的内燃机的气门控制装置。
背景技术
近年来，为了与内燃机的运转状态相对应而得到适当的吸排气性能，提出了多种可控制改变吸气门或排气门的开闭时间、提升量的气门控制装置。作为这样的现行的气门控制装置之一，可知一种变更相对凸轮轴的吸气凸轮的相位(以下称为“凸轮相位”)的类型的控制装置(例如，参照特开平7-301144号公报)。这种类型的气门控制装置，通过连续改变凸轮相位，而连续地控制吸气门的开闭时间。例如，在内燃机高负荷运转时，由于控制装置根据内燃机的转速连续地改变吸气门的开闭时间，故最大限地有效利用吸气的惯性效果、提高充填效率、而提高输出。另一方面，在内燃机的低负荷运转时，控制装置通过提早吸气门的开闭时间，而延长与排气门的气门同开时间(两气门一起打开的时间)，增多内部EGR量，使燃烧温度降低并减少排出NOx量。
另外，作为现行的另一类型的气门控制装置，可知一种由具有互不相同的规定的凸轮轮廓的低速凸轮及高速凸轮分别构成吸气凸轮及排气凸轮，并且在低速凸轮与高速凸轮之间切换各凸轮的凸轮轮廓的控制装置(例如，参照特开昭62-12811号公报)。该气门控制装置，通过在低速旋转及高速旋转时分别将吸·排气凸轮切换为低速凸轮与高速凸轮，而在各旋转区域得到最佳的吸·排气门的开闭时间及提升量，确保高吸排气效率，以实现高的发动机性能。另外，这种类型的其他的公知的气门控制装置，通过设定吸气凸轮的一个凸轮轮廓、使以微小的提升量开闭吸气门，而使涡流发生，即使在稀薄的混合气中也确保稳定的燃烧状态，以此提高燃料消耗率，并且解除在吸气门处的燃料积存(例如，参照特开平7-97971号公报)。
进一步，再一类型的公知的气门控制装置，利用电磁铁开闭吸气门及排气门(例如，参照特开平8-200025号公报)。该气门控制装置在各气缸上设置有主·副吸气门及主·副排气门，并设有分别驱动这4个吸·排气门的电磁式气门机构。各电磁式气门机构具有相互对向的2个电磁铁、被配置在两电磁铁之间并与对应的吸、排气门相连接的衔铁、和作用于衔铁的2个螺旋弹簧等，在该电磁式气门机构中，通过控制两电磁铁的通电，而将衔铁交替吸引至各电磁铁上，开闭吸·排气门。从而，通过控制通电时间，可随意控制吸·排气门的开启时间及关闭时间。另外，在两电磁铁为非通电状态时，通过利用两螺旋弹簧的弹力的平衡，将衔铁保持在两电磁铁间的中立位置，而使吸·排气门保持在开启状态。
另外，在该气门控制装置中，主吸气门及副吸气门对应内燃机的运转状态、以不同的组合被驱动。具体地讲，由于在低速旋转·低负荷状态中，将主吸气门停止而仅使副吸气门工作，在中速旋转·中负荷状态中，相反，将副吸气门停止而仅使主吸气门工作，故一边使涡流发生一边与运转状态相平衡供给吸入空气量，以确保稳定的燃烧状态，并且在高速旋转·高负荷状态中，使主·副吸气门两者进行工作，以确保高输出。
但是，上述的现行的气门控制装置中的、可改变凸轮相位的第1类型，只不过是使相对凸轮轴的吸气凸轮的相位改变。由于吸气门的开角时间一定，所以，若设定吸气门的开启时间，则自动地决定了关闭时间。这样，在所有的旋转区域及负荷区域中，不能同时得到最佳的开启时间与最佳的关闭时间。例如，在低速时，以得到在燃烧变动界限内的最小燃料消耗率而设定开、关闭时间，另一方面，在中高速时，最好以最大限地提高转矩而设定开、闭时间，但在该气门控制装置中是很难实现的。
另外，切换凸轮轮廓的现行的第2类型的气门控制装置，仅仅具有2阶段可切换的凸轮轮廓，由此得到的吸、排气门的开闭时间及提升量也只不过仍以2阶段进行变化。这样，在所有的旋转区域及负荷区域不能得到最佳的开闭时间与提升量。
与此相对，由于具有电磁式气门机构的现行的第3类型的气门控制装置可随意地控制吸、排气门的开启时间及关闭时间，故该气门控制装置在所有的旋转区域及负荷区域中具有可实现最佳的开闭时间的优点。但是，在该气门控制装置中，由于利用电磁式气门机构驱动所有的吸、排气门，故增大了电消费量，其结果降低了燃料消耗率。另外，由于电磁式气门机构的电磁铁或衔铁等由磁体构成，故该气门控制装置具有会增大重量及量产成本的缺陷。
另外，在该气门控制装置中，由于通过基于2个电磁铁产生对衔铁的吸引来进行吸气门的开闭，故吸气门的提升量为一定，难以将其以微小提升量进行开闭。这样，在将主吸气或副吸气门停止时，不得不将其保持在全闭状态。这样，根据内燃机的运转条件，长时间继续该主·副吸气门的全闭停止状态，由燃烧产生的碳会成为粘于停止着的吸气门及其气门座上的状态，在这种情况下，在以后的工作再开动时，由于从气门座强制地拉开吸气门而有损于与气门座的密封性。另外，因由吸气门的全闭停止产生燃料积存，而在工作再开动时混合气体过浓，使排气特性变差。
进一步，在该气门控制装置中，在衔铁被吸引至电磁铁上时、或在电磁铁之间移动的过程中，在对衔铁作用机械冲击或某种震动的情况下，在气门控制装置上会发生吸、排气门由螺旋弹簧的弹力被回复至中立位置的现象(以下称为(失调现象))。而且，在这种失调现象发生在排气门侧时，特别在压缩冲程及爆发冲程中，未燃烧气体经失调的排气门排出到外部，产生排气特性变差。
发明内容
本发明为了实现解决上述问题点，其目的在于提供一种通过对应内燃机的运转状态最佳地设定吸气门的开启时间及关闭时间，而实现燃料消耗率及输出的提高，并且可解除吸气门处的燃料积存或与气门座的粘着，另外，可减少成本及重量的内燃机的气门控制装置。
为了实现该目的，本发明的第1的内燃机的气门控制装置，对设在1个气缸上的排气门及第1、第2吸气门的开闭动作进行控制，其特征在于，包括：
由电磁力开闭所述第1吸气门的电磁式气门机构，和通过设在与该内燃机的旋转同步被驱动的凸轮轴上的吸气凸轮来开闭所述第2吸气门、并且可在所述气缸的燃烧室内产生缸内流动的凸轮式气门机构，和检测该内燃机的运转状态的运转状态检测装置，和根据该检测出的内燃机的运转状态、分别决定所述电磁式气门机构及所述凸轮式气门机构的动作模式的动作模式决定装置，和根据该被决定的动作模式、对所述电磁式气门机构及所述凸轮式气门机构的动作进行控制的控制装置，进而具有：检测所述内燃机的转速的旋转检测装置、和检测所述内燃机的负荷的负荷检测装置，所述控制装置，根据所述旋转检测装置及所述负荷检测装置的检测结果，在所述内燃机处于规定的低速旋转·低负荷状态时，控制所述凸轮式气门机构、使在所述燃烧室内产生缸内流动，并且控制所述电磁式气门机构、使第1吸气门的开闭时间在燃烧变动界限附近。
本发明的第2的内燃机的气门控制装置，对设在1个气缸上的排气门及第1、第2吸气门的开闭动作进行控制，其特征在于：包括：由电磁力开闭所述第1吸气门的电磁式气门机构，和通过设在与该内燃机的旋转同步被驱动的凸轮轴上的吸气凸轮来开闭所述第2吸气门、并且可在所述气缸的燃烧室内产生缸内流动的凸轮式气门机构，和检测该内燃机的运转状态的运转状态检测装置，和根据该检测出的内燃机的运转状态、分别决定所述电磁式气门机构及所述凸轮式气门机构的动作模式的动作模式决定装置，和根据该被决定的动作模式、对所述电磁式气门机构及所述凸轮式气门机构的动作进行控制的控制装置，所述凸轮式气门机构，具有可将所述吸气凸轮的凸轮轮廓切换为：通过以微小提升量开闭所述第2吸气门而产生缸内流动的微提升凸轮、和以比所述微小提升量大的提升量开闭所述第2吸气门的普通提升凸轮的凸轮轮廓切换机构，所述控制装置，在急剧降低所述内燃机的输出转矩时，控制所述凸轮轮廓切换机构、将所述吸气凸轮的所述凸轮轮廓切换为所述微提升凸轮，并且控制所述电磁式气门机构、将所述第1吸气门维持在关闭状态。
具体地讲，本发明是一种对设在1个气缸上的排气门及第1、第2吸气门的开闭动作进行控制的内燃机的气门控制装置，包括：由电磁力开闭第1吸气门的电磁式气门机构，和通过设在与该内燃机的旋转同步被驱动的凸轮轴上的吸气凸轮开闭来第2吸气门、并且可在气缸的燃烧室内产生缸内流动的凸轮式气门机构，和对电磁式气门机构及凸轮式气门机构进行控制的控制装置。
在该内燃机的气门控制装置中，设在1个气缸上的第1及第2吸气门中的第1吸气门，通过电磁式气门机构利用电磁力进行开闭，电磁式气门机构的动作由控制装置进行控制。从而，由于可随意控制第1吸气门的开启时间及关闭时间，故可实现与所有的发动机的运转状态相对应的最佳的开闭时间。另一方面，第2吸气门通过凸轮式气门机构、由与内燃机的旋转同步被驱动的凸轮轴的吸气凸轮进行开闭。该凸轮式气门机构在气缸的燃烧室内产生以涡流为代表的缸内流动，并且其动作由控制装置进行控制。
从而，通过与各自的运转状态相对应适当地组合第1吸气门的开闭时间的设定与基于第2吸气门的缸内流动的发生·停止，能够得到与运转状态相对应的最佳的燃料消耗率与输出。例如，在低速旋转·低负荷运转状态下，通过由第2吸气门产生缸内流动，即使在稀薄的混合气中也能确保稳定的燃烧状态，并且通过将第1吸气门的开闭时间设定在燃烧变动界限附近，而能够得到最佳的燃料消耗率。另外，在高速旋转·高负荷运转状态下，通过使由第2吸气门产生的缸内流动停止，而使吸入空气量增大，并且通过将第1吸气门的开闭时间设定在输出界限附近，能够得到最大限的输出。
另外，第2吸气门，因为不由电磁式气门机构、而由凸轮式气门机构进行驱动，所以与由电磁式气门机构驱动两吸气门的现行的气门控制装置相比较、可降低成本及重量。
最好是：在上述气门控制装置中，凸轮式气门机构，具有可将吸气凸轮的凸轮轮廓切换为：通过以微小提升量开闭第2吸气门而产生缸内流动的微提升凸轮、和以比微小提升量大的提升量开闭第2吸气门的普通提升凸轮的凸轮轮廓切换机构。
根据上述结构，开闭第2吸气门的凸轮气门机构，具有凸轮轮廓切换机构，在将凸轮轮廓切换为微提升凸轮时，通过以微小提升量开闭第2吸气门而产生缸内流动。这样，在产生缸内流动的过程中，因为以微小提升量开闭第2吸气门，所以可解除第2吸气门处的燃料积存，能够防止缸内流动刚停止后的混合气的过浓，并且即使缸内流动产生期间较长，由燃烧产生的碳也不会粘在第2吸气门及其气门座上，可解除两者的粘着。另外，例如在高速旋转状态或高负荷状态时，通过将凸轮轮廓切换为普通提升凸轮，可提高吸入空气量并确保较大的输出。
最好是：在上述气门控制装置中，凸轮式气门机构，在第2吸气门的上游侧具有涡流控制阀。
根据上述结构，通过与内燃机的运转状态相对应、使涡流控制阀工作，而产生作为缸内流动的涡流，并且通过停止涡流控制阀，而能够得到高输出。另外，因为第2吸气门本身一般由凸轮式气门机构进行开闭，所以与上述相同，不会发生第2吸气门处的燃料积存或与气门座的粘着。
最好是：在上述气门控制装置中，进而具有检测该内燃机的运转状态的运转状态检测装置、和根据检测出的内燃机的运转状态、分别决定电磁式气门机构及凸轮式气门机构的动作模式的动作模式决定装置。
根据上述结构，因为与检测出的内燃机的运转状态相对应来决定电磁式气门机构的动作模式，所以可将第1吸气门的开启时间及关闭时间，与实际运转状态相对应，在所有的旋转区域及负荷区域进行最佳的设定。进一步，因为凸轮式气门机构的动作模式也由与检测出的运转状态相对应而决定，所以使基于凸轮式气门机构的缸内流动的产生与实际运转状态相对应、得以适当地进行。
最好是：在上述气门控制装置中，进而具有通过设在与该内燃机的旋转同步被驱动的凸轮轴上的排气凸轮来开闭排气门的凸轮式排气门气门机构。
根据上述结构，排气门与第2吸气门相同，因为不由电磁式气门机构而由凸轮式气门机构进行驱动，所以在该部分可进一步降低成本及重量。另外，与现行不同，因为在排气门侧不产生电磁式气门机构的失调现象，所以不存在基于经失调的排气门排出未燃烧气体的排气特性变差的缺陷。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的内燃机的气门控制装置的概略结构的方块图。
图2是表示吸气门及排气门的配置的示意图。
图3是表示吸、排气门及气门控制装置的2气缸部分的结构及配置的俯视图。
图4是表示第1吸气门的停止模式的涡流发生状况的示意图。
图5是表示由图1的ECU实行的气门控制过程的流程图。
图6是运转区域图的一例。
图7A和B是分别表示低速旋转状态及WOT区域的第1吸气门的开闭时间的设定例的示意图。
图8是表示在本发明的实施例2中采用的涡流控制阀及由它产生涡流的状况的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施例1的内燃机的气门控制装置进行说明。图1示出了实施例1的内燃机的气门控制装置的概略结构。该内燃机(以下称为“发动机”)3，是被搭载在未图示的车辆上的串联4气缸(图3中图示2气缸)SOHC型的汽油发动机。如图2所示，在各气缸4上设有第1、第2吸气门IV1、IV2和第1、第2排气门EV1、EV2。在本实施例中，第1吸气门IV1由电磁式气门机构5进行开闭，第2吸气门IV2由凸轮式气门机构6进行开闭，两排气门EV2、EV2由凸轮式排气门气门机构7进行开闭。此外，由吸气门IV1、IV2进行开闭的吸气门口(未图示)以及由排气门EV1、EV2进行开闭的排气门口(未图示)分别与单一的吸气通路8及排气通路9(参照图4)相连通，从燃料喷射阀(未图示)向吸气通路8喷射燃料。
电磁式气门机构5，具有上下2个电磁铁5a、5a，和被配置在两电磁铁5a、5a之间的、与第1吸气门IV1相连接的衔铁(未图示)，和对衔铁施与弹簧力的2个螺旋弹簧(未图示)等，通过来自后述的ECU2的驱动信号，控制两电磁铁5a、5a成为激磁状态/非激磁状态，通过衔铁相互吸引，而开闭第1吸气门IV1。从而，通过控制该驱动信号的输出时间，能够随意控制第1吸气门IV1的开启时间及关闭时间。此外，在第1吸气门IV1上，设置有检测其阀门体位置的位移传感器(未图示)。位移传感器的检测信号输出给ECU2。
另外，如图3所示，在串联的4个气缸4中的两侧各2个的气缸4、4中，以相邻的方式配置第1吸气门IV1、IV1，驱动这些相邻的第1吸气门IV1、IV1的电磁式气门机构5、5被作为1组件构成。因为通过这样的组件状结构，对于4个气缸4只需搭载2个电磁式气门机构组件即可，所以易于搭载及组装。
驱动第2吸气门IV2的凸轮式气门机构6，由凸轮轴10，和一体设置在凸轮轴10上的吸气凸轮11，和由吸气凸轮11进行驱动并用于将凸轮轴10的旋转运动转换为第1吸气门IV1的往复运动的可自由转动的摇臂12，和用于切换吸气凸轮11的凸轮轮廓的凸轮轮廓切换机构(以下称为“VTEC”)13等构成。凸轮轴10经从动链轮及定时链(均未图示)与发动机3的曲轴(未图示)相连接，通过曲轴、以其每转2周而旋转1周的比例进行驱动。
如图3所示，吸气凸轮11，由具有很低的凸轮凸出面的微提升凸轮11a、和具有比提升凸轮11a高的凸轮轮廓的低速凸轮11b(普通提升凸轮)构成。这些微提升凸轮11a及低速凸轮11b由VTEC13进行切换，据此，第2吸气门IV2的动作模式被切换为停止模式与工作模式。在该停止模式中，第2吸气门IV2，以与微提升凸轮11a的凸轮轮廓相对应的微小提升量进行开闭，据此，如图4所示，在气缸4内产生从第1吸气门IV1向第2吸气门IV2沿横方向流动的涡流作为缸内流动。另一方面，在工作模式中，第2吸气门IV2以与低速凸轮11b的凸轮轮廓相对应的、较大的提升量与开闭时间进行开闭，可得到较大的输出。VTEC13的动作，通过由来自ECU2的驱动信号控制VTEC电磁控制阀13a和改变向VETC13供给的油压而进行控制。
另外，驱动第1及第2排气门EV1、EV2的凸轮式排气门气门机构7，由上述凸轮轴10、一体设在凸轮轴10上的排气凸轮14、14、和排气门侧摇臂15、15等构成。两排气门EV1、EV2以与排气凸轮14的凸轮轮廓相对应的一定的提升量及开闭时间进行开闭。
另一方面，在曲轴的周围设有曲轴转角传感器16(运转状态检测装置)。该曲轴转角传感器16随着曲轴的旋转、在各个规定的曲轴转角位置发生作为脉冲信号的CYL信号、TDC信号及CRK信号，并将发生的信号输出到ECU2。具体地讲，使CYL信号在特定的气缸4的规定曲轴转角位置发生。TDC信号，是表示各气缸4的活塞(未图示)处于吸气冲程开始时的上死点(TDC)附近的规定曲轴转角位置的信号，在4气缸类型的本例中，每经曲轴转角180°就输出1个脉冲。另外，CRK信号以比TDC信号短的规定的曲轴转角的周期(例如，每30°)发生。ECU2根据这些CYL信号、TDC信号及CRK信号判断各气缸4的曲轴转角位置，并且根据CRK信号计算出发动机3的转速(以下称为“发动机转速”)NE。
ECU2进一步分别从吸气管内绝对压传感器17接收表示在吸气管内的节流阀(未图示)的下游侧的吸气管内绝对压PBA的检测信号、从节流阀开度传感器18接收表示节流阀的开度(节流阀开度)θTH的检测信号、从油门开度传感器19(运转状态检测装置)接收表示油门踏板(未图示)的踏下量的油门开度ACC的检测信号。这些参数均表示发动机3的负荷，如后述，在本实施例中，作为这些的代表，使用油门开度ACC作为发动机负荷的参数。
在本实施例中，ECU2构成控制装置、运转状态检测装置及动作模式决定装置，由CPU、RAM、ROM及输入输出接口(均未图示)等组成的微型计算机构成。上述的传感器16～19的检测信号，分别经输入接口、在实行A/D变换或整形后输入至CPU。CPU根据这些输入信号按照存储在ROM中的控制程序等判断发动机3的运转状态，并且根据其判断结果决定电磁式气门机构5及凸轮式气门机构6的动作模式，实行控制第1吸气门IV1的开闭时间及吸气凸轮11的凸轮轮廓的切换的气门控制过程。
图5表示该气门控制过程的流程图。在该过程中，首先在步骤11(图示为“S11”。以下相同)中，判断第2吸气门IV2是否处在停止模式中，即，判断吸气凸轮11是否被设定为微提升凸轮11a。当对于步骤11回答为“是”、表示第2吸气门IV2处在停止模式中时，判断内燃机转速NE是否比第2吸气门IV2的工作开始转速NVTECSTART(例如3000rpm)大(步骤12)，当步骤12的回答为“否”时进一步判断油门开度ACC是否比工作开始开度ACCSTART(例如85％开度)大(步骤13)，当步骤13的回答为“否”、即NE≤NVTECSTART且ACC≤ACCSTART成立时，指定停止模式作为第2吸气门IV2的动作模式(步骤14)，并维持停止模式。接着，根据发动机转速NE及油门开度ACC决定停止模式中的第1吸气IV1的开启时间及关闭时间(步骤15)。对于该决定详见后述。
另一方面，当上述步骤12或13的回答中的一个为“是”、即NE＞NVTECSTART或ACC＞ACCSTART成立时，通过指定工作模式作为第2吸气门IV2的动作模式(步骤16)，开始工作模式，将吸气凸轮11切换为低速凸轮11b。接着，根据发动机转速NE及油门开度ACC决定工作模式中的第1吸气门IV1的开启时间及关闭时间(步骤17)。对于该决定处理也详见后述。
另外，当在上述步骤11的回答为“否”、表示第2吸气门IV2处于工作模式中时，判断发动机转速NE是否比小于上述工作开始转速NVTECSTART的停止开始转速NVTECSTOP(例如2900rpm)小(步骤18)。当步骤18的回答为“否”时，进一步判断油门开度ACC是否比小于上述工作开始开度ACCSTART的停止开始开度ACCSTOP(例如80％开度)小(步骤19)。当步骤19的回答为“否”、即NE≥NVTECSTOP且ACC≥ACCSTOP时，通过实行上述步骤16及17将第2吸气门IV2维持在工作模式，并且决定工作模式中的第1吸气门IV1的开闭时间。
另一方面，当上述步骤18或19的回答一个为“是”、即NE＜NVTECSTOP或ACC＜ACCSTOP成立时，通过实行上述步骤14及15开始停止模式，将吸气凸轮切换为微提升凸轮，并且决定停止中的第1吸气门IV1的开闭时间。
如上所述，第2吸气门IV2的动作模式，根据发动机转速NE及油门开度ACC来决室。具体地讲，如图6所示，在与NE值及ACC值均小的低速旋转·低负荷相关连的停止区域I，设定为停止模式。据此，在低速旋转·低负荷状态，通过将吸气凸轮11设定为微提升凸轮11a，使第2吸气门IV2以微小提升量进行开闭，这样在气缸4内发生如图4所示的涡流，即使是稀薄的混合气，也可确保稳定的燃烧状态。另一方面，第2吸气门IV2的动作模式，在与NE值及ACC值均大的高速旋转·高负荷状态的工作模式区域II，被设定为工作模式。据此，在高速旋转·高负荷状态，通过将吸气凸轮11设定为低速凸轮11b，使第2吸气门IV2以较大的提升量进行开闭，从而提高吸入空气量，可确保较大的输出。
此外，作为用于切换第2吸气门IV2的动作模式的判定值的工作开始转速NVTECSTART与停止开始转速NVTECSTOP、及工作开始开度ACCSTART与停止开始开度ACCSTOP，如上所述，被设定为相互不同的值，这是由于通过设置滞后(Hysteresis)来防止在第2吸气门IV2的切换动作时的乱调。
其次，参照图6及图7，对按照在图5的步骤15及17中实行的第1吸气门IV1的开闭时间的决定的处理进行详细地说明。如上所述，第1吸气门IV1的开闭时间，根据发动机转速NE及油门开度ACC来决定。具体地是，预先设定图6所示的运转区域图，根据NE值及ACC值判断发动机3处于这些运转区域中的哪一区域，并且根据与判断的运转区域相对应的动作模式来决定第1吸气门IV1的开闭时间。此外，同图中的曲线的上侧的区域为节流全开(WOT)区域。
如图6所示，第2吸气门IV2的停止区域I的运转区域，为空转区域A及模式燃料消耗区域B。在这些区域中将第2吸气门IV2设定为停止模式，并且在各运转区域如下述那样决定第1吸气门IV1的开闭时间。
·空转区域A
在该空转区域A，应得到最佳燃料消耗率设定，将第1吸气门IV1设定为非同开(O/L)·延迟关闭模式。即，通过以与第1及第2排气门EV1、EV2以不同时开放的方式决定第1吸气门IV1的开启时间，以此抑制内部EGR量。另外，关闭时间被设定为从下死点(BDC)至+60度～130度的延迟关闭(参照图7A)。这是由于，因为在低速旋转、低负荷状态，通过由吸气冲程中的绝热膨胀引起的点火性变差等，使燃烧变动易变差，所以将第1吸气门IV1设为延迟关闭，尽量减少泵汲损耗。根据以上设定，在空转区域A最大限地提高燃料消耗率。
·模式燃料消耗区域B
在该模式燃料消耗区域B，为了获得最佳的燃料消耗率与排气特性双方，而将第1吸气门IV1设定为同开·延迟关闭模式。即，以根据需要发生与排气门EV1、EV2的同开的方式决定开启时间(参照图7A)。据此，以适当利用由吸气脉动及排气脉动产生的换气效果并提高充填效率，能够提高转矩。另一方面，关闭时间，与空转区域A的情况相同，设为BDC+60度～130度的延迟关闭，这样来减少燃料消耗率。
另外，如图6所示，第2吸气门IV2的停止模式区域II的运转区域，为低中速转矩区域C、高速燃料消耗区域D及输出要求区域E。在这些运转区域中，将第2吸气门IV2设定为工作模式，并且在各运转区域中如下述那样决定第1吸气门IV1的开闭时间。
·低中速转矩区域C
在该低中速转矩区域C，应得到最佳转矩，将第1吸气门IV1设定为同开·BDC关闭模式。即，与模式燃料消耗区域B情况相同，通过根据需要决定开启时间、使第1吸气门IV1与排气门EV1、EV2同开，而提高基于换气效果的转矩。另一方面，通过设为将关闭时间设定在BDC附近的BDC关闭(参照图7B)，而使实际冲程容积增大，提高转矩。
·高速燃料消耗区域D
在该高速燃料消耗区域D，与空转区域A的情况相同，应得到最佳的燃料消耗率，通过将第1吸气门IV1设定为非同开·延迟关闭模式，而最大限地提高燃料消耗率。在这种情况下，因为第2吸气门IV2被设定为工作模式，所以确保所需的输出。
·输出要求区域E
在该输出要求区域E，应得到最佳的转矩，与低中速转矩区域C的情况相同，将第1吸气门IV1设定为同开·BDC关闭模式。在这种情况下，开启时间，设定为可最大限度地有效利用基于同开的换气效果，这样，能够以高精度提高转矩。
图7A、7B分别表示低速旋转状态(例如，1500rpm)及WOT区域的第1吸气门IV1的开闭时间的设定例。如图7A所示，在低速旋转状态，当内发动机为低负荷时，将第2吸气门IV2设定为停止模式，并且为了实现燃料消耗率的提高，将第1吸气门IV1的开启时间设定为使第1吸气门IV1不与排气门EV1、EV2同开，当中高负荷时，为了利用换气效果实现适度地提高转矩，以产生较大的同开进行设定。
另一方面，第1吸气门IV1的关闭时间，例如被设定为BDC+130度左右的超延迟关闭。此外，当极低负荷时，关闭时间从超延迟关闭被缩减一些是因为，由于在发动机处于极低负荷状态时易产生燃烧变动，故对应变动提早关闭时间。另外，将关闭时间，随着负荷增加而依次靠近BDC地进行设定，这样实现转矩的提高。如上所述，在低速旋转状态，通过将第1吸气门IV1的开闭时间对应负荷的变化、以燃烧变动界限为基准极精密地进行设定，能够最大限地提高燃料消耗率。
另外，在图7B所示的WOT区域，第1吸气门IV1的开启时间，当低中速旋转时，为了利用换气效果实现转矩的提高，而设定为第1吸气门IV1与排气门EV1、EV2同开，并且当高速旋转时，对应吸入空气量增加，设定为产生适当同开。另一方面，为了使实际冲程容积增大实现转矩的提高，而基本上将关闭时间设定在BDC附近的BDC关闭，随着成为高速旋转，依次地进行延迟关闭设定。如上所述，在WOT区域，将第1吸气门IV1的开闭时间对应旋转变化进行精密设定，而能够得到高的输出。
如上所述，根据本实施例的气门控制装置，通过与运转状态相对应适当地组合第1吸气门IV1的开闭时间的设定与第2吸气门IV2的动作模式的设定(涡流的发生·停止)，而能够得到与所有的运转状态相对应的最佳的燃料消耗率与输出。即，如上所述，在低速旋转·低负荷运转状态，通过将第2吸气门IV2设定为停止模式，使涡流发生，并且将第1吸气门IV1的开闭时间设为探查燃烧变动界限的设定，而能够得到最佳的燃料消耗率。从而，与由将所有吸气门随凸轮轴连动的凸轮驱动型的气门机构进行驱动的情况相比，能够使燃料消耗率大幅度的提高。另外，在高速旋转·高负荷运转状态，通过将第2吸气门IV2设定为工作模式，使吸入空气量增大，并且将第1吸气门IV1的开闭时间设为探查输出界限的设定，而能够得到最大限的输出。从而，与将所有吸气门由凸轮驱动型的气门机构进行驱动的情况相比，能够使输出大幅度提高。
另外，第2吸气门IV2，因为在停止模式中以微小提升量进行开闭，所以与将所有吸气门由电磁式气门机构进行驱动的情况相不同，可解决在第2吸气门IV2处的燃料积存，能够防止移至工作模式后的混合气的过浓。另外，据此，因为也可防止因混合气的过浓而引起的燃烧变动，所以可扩大部分不节流区域(油门踏板以部分踏下的状态对节流阀进行全开控制的区域)，并且降低空转转速。进一步，因为第2吸气门IV2在停止模式中以微小的提升量进行开闭，所以即使为其时间长的情况，由燃烧产生的碳也不会粘在第2吸气门IV2及其气门座上，可解决吸气门粘着在气门座上的问题。
另外，在本实施例的气门控制装置中，仅第1吸气门IV1由电磁式气门机构5驱动，第2吸气门IV2及第1、第2排气门EV1、EV2由凸轮式气门机构6及凸轮式排气门气门机构7驱动开闭，因此，与将全部吸·排气门由电磁式气门机构驱动的情况相比较，可减少电消耗量，进而提高燃料消耗率，并且可减少成本及重量。
进一步，因为排气门EV1、EV2由凸轮式排气门气门机构7进行开闭，所以在排气门EV1、EV2上不会有电磁式气门机构的失调现象，也没有基于经失调的排气门排出未燃烧气体的排气特性变差的缺陷。
此外，根据上述实施例的气门控制装置，除在之前所述的控制之外，也可能进行如下控制。例如，在发动机3启动时，通过将第1吸气门维持在开启状态(成为开放)而减轻活塞阻抗、迅速启动发动机3，能够大幅度减少刚启动后排出的未燃烧气体。在其他的状况下，当在调节牵引力或自动变速机的切换时、以减轻冲击为目的而要瞬间降低发动机3的输出转矩时，将第2吸气门IV2设定为停止模式，并且通过关闭第1吸气门IV1，可易于实现。
图8是表示在本发明的实施例2。在实施例2中，取消上述的实施例1的VTEC13，而在吸气通路8上设置涡流控制阀22。虽未图示，但吸气凸轮由具有1阶段凸轮轮廓的一般的吸气凸轮构成。该涡流控制阀22与涡流控制执行机构(未图示)相连接，通过根据来自ECU2的驱动信号控制其工作室压力而进行驱动，开闭吸气通路8。在涡流控制阀22工作时，部分关闭吸气通路8，以此产生如图8中箭头所示的涡流。在停止时，以开放吸气通路8而使吸入空气量增大，可获得高输出。实施例2的其他结构与实施例1相同，第1吸气门IV1及第1、第2排气门EV1、EV2为了图示上的方便而在图8中被省略。
从而，在实施例2中，根据发动机3的运转状态，通过控制涡流控制阀22的开闭，能够得到与实施例1相同的效果。另外，因为第2吸气门IV2本身一般由凸轮式气门机构进行开闭，所以与实施例1相同，不会产生第2吸气门IV2处的燃料积存或与气门座的粘着。
此外，本发明并不局限于上述的实施例，而应理解为可以多种方式进行实施。例如，在上述实施例中，作为表示发动机3的负荷的参数，选用油门开度ACC，但也可取代油门开度ACC而选用吸气管内绝对压PBA、节流阀开度θTH、缸内压或吸入空气量等作为所需的参数是不言而喻的。另外，在实施例1中，通过使第2吸气门IV2为停止模式，而产生横方向的涡流作为缸内流动，但也可以取而代之，通过改变吸气通路的布局，产生纵方向的缸内流动(滚流)。
(产业上利用的可能性)
如上所述，本发明的内燃机的气门控制装置，能够根据内燃机的运转状态最佳地设定吸气门的开启时间及关闭时间。从而，本发明，提高了内燃机的燃料消耗率及输出，并且可解除吸气门处的燃料积存或与气门座的粘着，另外，具有可减少控制装置的成本及重量的效果。

Claims (4)

1.一种内燃机的气门控制装置，对设在1个气缸上的排气门及第1、第2吸气门的开闭动作进行控制，其特征在于，包括：
由电磁力开闭所述第1吸气门的电磁式气门机构，和
通过设在与该内燃机的旋转同步被驱动的凸轮轴上的吸气凸轮来开闭所述第2吸气门、并且可在所述气缸的燃烧室内产生缸内流动的凸轮式气门机构，和
检测该内燃机的运转状态的运转状态检测装置，和
根据该检测出的内燃机的运转状态、分别决定所述电磁式气门机构及所述凸轮式气门机构的动作模式的动作模式决定装置，和
根据该被决定的动作模式、对所述电磁式气门机构及所述凸轮式气门机构的动作进行控制的控制装置，
进而具有：检测所述内燃机的转速的旋转检测装置、和检测所述内燃机的负荷的负荷检测装置，
所述控制装置，根据所述旋转检测装置及所述负荷检测装置的检测结果，在所述内燃机处于规定的低速旋转·低负荷状态时，控制所述凸轮式气门机构、使在所述燃烧室内产生缸内流动，并且控制所述电磁式气门机构、使第1吸气门的开闭时间在燃烧变动界限附近。
2.如权利要求1所述的内燃机的气门控制装置，其特征在于：所述凸轮式气门机构，具有可将所述吸气凸轮的凸轮轮廓切换为：通过以微小提升量开闭所述第2吸气门而产生缸内流动的微提升凸轮、和以比所述微小提升量大的提升量开闭所述第2吸气门的普通提升凸轮的凸轮轮廓切换机构。
3.如权利要求1所述的内燃机的气门控制装置，其特征在于：所述气缸，包括彼此相邻的至少2个气缸，将这至少2个气缸的所述第1吸气门以彼此相邻的方式进行配置，并且把分别驱动这些第1吸气门的所述电磁式气门机构，作为单一组件构成。
4.如权利要求2所述的内燃机的气门控制装置，其特征在于：所述控制装置，在急剧降低所述内燃机的输出转矩时，控制所述凸轮轮廓切换机构、将所述吸气凸轮的所述凸轮轮廓切换为所述微提升凸轮，并且控制所述电磁式气门机构、将所述第1吸气门维持在关闭状态。
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