JP2001263108A - 内燃機関の吸気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中心角を略一定として作動角を可変制御する
可変動弁機構を用いて、出力の向上と燃費の低減化とを
高いレベルで実現する。 【解決手段】 第１吸気弁１１は、駆動軸と一体的に回
転する固定カムによって駆動され、作動角が一定で、略
上死点近傍で開弁するとともに、下死点よりも進角して
閉弁する。第２吸気弁１２は、上記の可変動弁機構によ
って、中心角が略一定のまま作動角が可変制御される。
第２吸気弁１２の中心角θ２を第１吸気弁１１の中心角
θ１よりも遅角させる。小作動角側（ａ）では、第２吸
気弁１１の閉弁時期を第１吸気弁１１の閉弁時期よりも
進角させる。大作動角側（ｃ）では、第２吸気弁１２の
開弁時期を第１吸気弁１１の開弁時期よりも進角させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各気筒毎に２つ以
上の吸気弁が設けられた内燃機関に関し、特に、中心角
を略一定として作動角を可変制御する可変動弁機構を備
えた吸気弁駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機関運転状態に応じて吸気弁の作動角を
可変制御する可変動弁機構は従来から種々提供されてお
り、例えば特開平１１−１０７７２５号公報には、本出
願人等が開発した可変動弁機構が開示されている。

【０００３】図１２，１３は、このような可変動弁機構
Ｖ１の概略構成を示している。機関のクランクシャフト
（図示省略）と同期して回転する駆動軸１には、各気筒
の一対の吸気弁（図示省略）を駆動する揺動カム２が揺
動可能に取り付けられている。この揺動カム２と駆動軸
１とが、リング状リンク４，ロッカーアーム５，及びロ
ッド状リンク６等によって、駆動軸１と平行に延びる制
御軸７を介して機械的に連携されている。リング状リン
ク４は、駆動軸１に偏心して設けられた駆動カム３の外
周に回転可能に外嵌し、かつ、その先端がロッカーアー
ム５の一端に連結している。ロッカーアーム５は、制御
軸７に偏心して設けられた制御カム８に回転可能に外嵌
している。ロッド状リンク６は、ロッカーアーム５の他
端と揺動カム２とを連携している。

【０００４】このような構成により、クランクシャフト
と同期して駆動軸１が回転すると、駆動カム３を介して
リング状リンク４が並進移動し、更にロッカーアーム５
及びロッド状リンク６を介して揺動カム２が揺動し、吸
気弁が開閉駆動される。また、機関運転状態に応じて制
御軸７を回動制御すると、ロッカーアーム５の揺動中心
となる制御カム８の軸心８ａが移動して、各リンクの姿
勢が変化し、吸気弁の作動角が連続的に変化する。

【０００５】このような可変動弁機構Ｖ１は、カム３，
８とリンク４，５との連結部分等が面接触となっている
ため、耐摩耗性及び潤滑性に優れているとともに、駆動
軸１と同軸上に揺動カム２や駆動カム３が配置されてい
る等の関係で、レイアウト的にも有利である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな可変動弁機構Ｖ１では、その構造上、作動角（開弁
期間）の変化量に対し、クランクシャフトの回転角に対
する中心角（最大バルブリフトとなるときの位相、又は
作動角の中心位相）の変化量が極めて小さくなる。つま
り、中心角が略一定となる。

【０００７】この点について、図１２，１３を参照して
詳述する。なお、図１２，１３は、共に駆動軸１の位相
が最大バルブリフトとなるとき、つまり中心角の状態を
示しており、かつ、制御軸７の位相が互いに１８０度異
なる状態を示している。

【０００８】吸気弁が最大バルブリフト状態（中心角）
となるのは、揺動カム２のカム面が最も押し下げられた
状態、つまり、図１２，１３で最も時計回り方向へ揺動
した状態であり、このとき、駆動軸１の軸心１ａと、リ
ング状リンク４とロッカーアーム５との連結中心４ａ
と、を結ぶ線Ｌａ上に、駆動カム３の軸心３ａが配置す
る。

【０００９】また、図１２の状態から制御軸１６を１８
０度回転すると、図１３に示すように、制御カム８の軸
心８ａが８ａ’へ移動し、これに伴って、中心角となる
ときの連結位置４ａも４ａ’へ移動する。ここでロッカ
ーアーム５のアーム長は一定であるため、連結位置４
ａ，４ａ’の移動量は、制御カム８の軸心８ａ，８ａ’
の偏心移動量とほぼ等しい関係にある。従って、リング
状リンク４の軸間距離（駆動カム３の軸心３ａと連結位
置４ａとの間の距離）をＤ１，駆動カム３の偏心量をＤ
２，制御カム８の偏心移動量をＤ３とすると、中心角の
（最大）位相差φは、以下の式で表される。

【００１０】

【数１】ｔａｎφ ≒ Ｄ３／（Ｄ１＋Ｄ２） このように、軸間距離Ｄ１＋駆動カム偏心量Ｄ２に対
し、制御カム８の偏心移動量Ｄ３（制御カム８の偏心
量）が小さくなるほど、中心角の位相差φは小さくな
る。ここで、実際のレイアウトを考えると、駆動カム３
の偏心量Ｄ２は、吸気弁のバルブリフト量等の制約によ
り、極端に小さくすることはできない。また、リング状
リンク２５の軸間距離Ｄ１も、構造上、極端に小さくす
ることはできない。更に、制御カム８の偏心量も、エン
ジン高さの制約や他のリンク等との干渉を回避するため
に、極端に大きくすることはできない。従って、このよ
うな可変動弁機構Ｖ１を適用した場合、図１の破線に示
すものと同様、中心角の変化量が作動角の変化量に対し
て極めて小さく、実質的に中心角が略一定となる。

【００１１】ここで、理論混合比付近での運転条件を前
提とすると、部分負荷域（低負荷域）等の常用領域で
は、ポンプ損失低減のため、吸気弁の閉弁時期を下死点
よりも進角させて設定するか、或いは下死点よりも遅角
して設定することが望まれる。そこで、このような状態
のときには、例えば図１（ａ）の破線のように小作動角
側に設定することにより、吸気弁の閉弁時期を進角させ
ることができる。しかしながら、この場合、吸気弁の開
弁時期が上死点からかなり遅角する形となり、吸気行程
初期に、筒内に負圧が発生し、結果的にポンプ損失が逆
に増大してしまう。従って常用領域における燃費向上効
果が目減りしてしまう。一方、図１（ｃ）の破線ように
大作動角側に設定すると、閉弁時期の遅角に伴いポンプ
損失は減少するものの、開弁時期が進角してしまい、こ
の結果、バルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量が拡大し、
低負荷領域での燃焼悪化を招いてしまう。また、小作動
角時のポンプ損失悪化を防止するために、中心角を予め
進角して設定すると、大作動角時の作動角も全体的に進
角側へずれる形となり、十分な出力等を得ることが困難
となる。すなわち、中心角が概略一定である可変動弁機
構Ｖ１を各気筒の全ての吸気弁に適用すると、出力，燃
費のいずれかは満たせるものの、両者を高いレベルで両
立することは難しい。

【００１２】他方、性能面では以下の要求がある。出力
性能では、掃気効果と残留ガス低減の観点から、回転上
昇に応じて吸気弁の開弁時期を早め、吸気慣性効果の観
点から、吸気弁の閉弁時期を遅くしたいという要求があ
る。また、常用領域の燃費性能向上の面では、負荷の増
加に応じて吸気弁の閉弁時期を遅角させる一方、吸気弁
の開弁時期は概略吸気上死点にとどめておきたいという
要求がある。

【００１３】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、中心角を略一定として作動角を変化させ
る可変動弁機構を用いて、出力の向上と燃費の低減とを
高いレベルで両立し得る新規な内燃機関の吸気弁駆動制
御装置を提供することを一つの目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る内燃機関
は、各気筒毎に第１吸気弁及び第２吸気弁が設けられて
いる。また、本発明に係る吸気弁駆動制御装置は、クラ
ンクシャフトと同期して回転する駆動軸と、この駆動軸
と一体的に回転し、上記第１吸気弁を駆動する固定カム
と、上記駆動軸と第２吸気弁との間に設けられ、第２吸
気弁の中心角を略一定として、その作動角を可変制御す
る可変動弁機構と、を備え、上記第１吸気弁は、作動角
が一定で、略上死点近傍で開弁するとともに、下死点よ
りも進角して閉弁するように設定されている。

【００１５】そして、請求項１の発明は、少なくとも第
２吸気弁の最小作動角時には、第２吸気弁の開弁時期
を、第１吸気弁の開弁時期よりも遅角させることを特徴
としている。

【００１６】また、請求項２の発明は、上記第２吸気弁
の中心角は第１吸気弁の中心角よりも遅角しており、少
なくとも第２吸気弁の最小作動角時には、第２吸気弁の
閉弁時期を第１吸気弁の閉弁時期よりも進角させ、少な
くとも第２吸気弁の最大作動角時には、第２吸気弁の開
弁時期を第１吸気弁の開弁時期よりも進角させることを
特徴としている。

【００１７】請求項３の発明は、少なくとも高負荷時に
は、機関回転数の上昇に応じて上記第２吸気弁の閉弁時
期が遅角するように、第２吸気弁の作動角を増加させる
ことを特徴としている。

【００１８】請求項４の発明は、少なくとも低回転低負
荷時には、負荷の上昇に応じて上記第２吸気弁の作動角
を増加させることを特徴としている。

【００１９】請求項５の発明は、上記第２吸気弁の作動
角を小作動角側から大作動角側へ変更する際に、第２吸
気弁の閉弁時期が下死点まで遅角する前に、第２吸気弁
の開弁時期が上死点よりも進角することを特徴としてい
る。

【００２０】上記可変動弁機構は、好ましくは請求項６
の発明のように、上記駆動軸の外周に揺動可能に外嵌
し、上記第２吸気弁を駆動する揺動カムと、上記駆動軸
と略平行に配置され、機関運転状態に応じて回動制御さ
れる制御軸と、この制御軸に偏心して設けられ、この制
御軸と一体的に回転する制御カムと、この制御カムの外
周に回転可能に外嵌するロッカーアームと、上記駆動軸
に偏心して設けられ、この駆動軸と一体的に回転する駆
動カムと、この駆動カムの外周に回転可能に外嵌すると
ともに、上記ロッカーアームの一端に連結するリング状
リンクと、上記ロッカーアームの他端と揺動カムとを連
結するロッド状リンクと、を有している。

【００２１】請求項７の発明は、上記内燃機関の燃焼室
内に縦渦流を生成する縦渦流生成手段を有することを特
徴としている。

【００２２】請求項８の発明は、上記内燃機関のシリン
ダヘッドの底面に凹設される燃焼室の一側に、上記第１
吸気弁及び第２吸気弁が配置されるとともに、この燃焼
室の他側に、一対の排気弁が配置され、かつ、上記燃焼
室の吸気弁側及び排気弁側の周縁部に、シリンダヘッド
の底面と略同一平面をなすスキッシュエリアが形成さ
れ、吸気弁側のスキッシュエリアが、排気弁側のスキッ
シュエリアに比して、燃焼室の中央部側へ拡大されてい
ることを特徴としている。

【００２３】請求項９の発明は、上記第２吸気弁の開口
面積が第１吸気弁の開口面積よりも大きいことを特徴と
している。

【００２４】請求項１０の発明は、上記内燃機関の燃焼
室の一側に、上記第１吸気弁及び第２排気弁が配置され
るとともに、上記燃焼室の他側に、上記第１吸気弁に隣
設する第１排気弁と、上記第２吸気弁に隣設する第２排
気弁とが配置され、上記第２排気弁の開口面積が第１排
気弁の開口面積よりも小さいことを特徴としている。

【００２５】

【発明の効果】請求項１，２の発明によれば、第２吸気
弁の作動角を適宜に設定，制御することにより、第１，
第２吸気弁を合わせた吸気弁全体としての開弁時期及び
閉弁時期を、機関運転状態に応じて適切に設定すること
ができ、出力の向上と燃費の低減化とを高いレベルで両
立することができる。

【００２６】特に、請求項１の発明では、例えば常用領
域では第２吸気弁を小作動角側に設定することにより、
吸気弁全体の開弁時期が第１吸気弁の開弁時期、すなわ
ち略上死点近傍となるため、バルブオーバーラップ量の
増加を招くことがない。従って、バルブオーバーラップ
量の増加を招くことなくポンプ損失を抑制し、燃費の向
上を図ることができる。

【００２７】また、請求項２の発明によれば、例えば低
回転低負荷域では第２吸気弁を小作動角側に設定するこ
とにより、吸気弁全体が、第１吸気弁の開弁時期すなわ
ち略上死点近傍で開弁するとともに、第１吸気弁の閉弁
時期、すなわち下死点よりも進角して閉弁する形とな
る。この結果、バルブオーバーラップ量の増加を招くこ
となくポンプ損失を抑制し、燃費の向上を図ることがで
きる。

【００２８】また、中負荷域では、機関回転数や負荷等
に応じて第２吸気弁の作動角を可変制御することによ
り、吸気弁全体の開弁時期を第１吸気弁の開弁時期（略
上死点近傍）に保持したままで、吸気弁全体の閉弁時期
を第１吸気弁の閉弁時期よりも遅角させることが可能
で、つまり閉弁時期を適宜に変化させることができ、更
なる燃費の低減化を図ることができる。

【００２９】更に、高回転高負荷域では、第２吸気弁を
大作動角側に設定することにより、吸気弁全体としての
開閉時期が実質的に第２吸気弁の開閉時期となり、その
開弁時期を下死点よりも進角させるとともに、閉弁時期
を上死点よりも遅角させることができる。この結果、十
分なバルブオーバーラップ量及び吸気慣性効果を得るこ
とができ、出力性能の向上を図ることができる。

【００３０】請求項３の発明によれば、高負荷域では、
回転数の増加に応じて吸気弁全体の閉弁時期（第２吸気
弁の閉弁時期）が遅角するため、定常走行時にとどまら
ず、加速領域においても燃費効果が向上し、実用燃費の
向上を図ることができる。

【００３１】請求項４の発明によれば、低回転低負荷域
では、吸気弁全体の開弁時期を上死点近傍に維持したま
まで、負荷の増加にともなって閉弁時期を遅角させるこ
とができる。この結果、バルブオーバーラップ量の増加
を招くことなく、効果的にポンプ損失を低減することが
できる。

【００３２】請求項５の発明によれば、実用上の加速領
域或いは低回転高負荷領域でも、機関負荷等に応じて積
極的にバルブオーバーラップ量を与えることができる。
このため、加速領域に於いては、内部ＥＧＲによる燃費
向上が得られると共に、低回転高負荷領域では、吸気弁
全体の閉弁時期を上死点近傍としつつ、吸気弁全体の開
弁時期を下死点よりも進角させて十分なバルブオーバー
ラップ量を確保することができ、この結果、燃費の向上
と低速トルクの向上とを高いレベルで実現することがで
きる。

【００３３】請求項６の発明によれば、可変動弁機構を
構成するカムやリンク等の連結部分等が面接触となって
いるため、耐摩耗性及び潤滑性に優れているとともに、
駆動軸と同軸上に揺動カムや駆動カムが配置されている
等の関係で、レイアウト的にも有利である。また、この
ような公知の可変動弁機構を用いて、本発明の吸気弁駆
動制御装置を得ることができ、コスト的にも有利であ
る。

【００３４】請求項７の発明によれば、燃焼の遅い低負
荷低回転領域で、スワールコントロールバルブ等の特別
なガス流動装置を必要とせずに、適切な縦渦ガス流動と
横渦ガス流動を得ることができる。すなわち、安価な構
成で、燃焼の改善及び燃費の向上を図ることができる。

【００３５】請求項８の発明によれば、請求項７と同様
の効果を、燃焼室のスキッシュエリアを利用して得るこ
とができる。この結果、他の性能へのはねかえりが少な
く、かつ装置自体を安価に提供できる。

【００３６】請求項９の発明によれば、最高出力で支配
的となる第２吸気弁側の通路面積が拡大するので、より
高回転化，高出力化が図れる。

【００３７】請求項１０の発明によれば、更に第２吸気
弁の通路面積が拡大し、より高回転化、高出力化が図れ
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて詳細に説明する。

【００３９】図４は、火花点火式内燃機関の各気筒に設
けられる一対の吸気弁１１，１２に、本発明に係る吸気
弁駆動制御装置を適用した実施形態を示す概略構成図で
ある。

【００４０】第１吸気弁１１及び第２吸気弁１２の上部
には、それぞれバルブリフタ１１ａ，１２ａが設けら
れ、各バルブリフタ１１ａ，１２ａは、図示せぬシリン
ダヘッドにバルブガイドを介して摺動自在に支持されて
いる。これらバルブリフタ１１ａ，１２ａの上方には、
駆動軸１３が気筒列方向に延在している。この駆動軸１
３は、機関のクランクシャフトと機械的に連携されてお
り、このクランクシャフトと同期して回転する。この駆
動軸１３には、第１吸気弁１１を駆動する固定カム１４
が固定されている。

【００４１】また、駆動軸１３と第２吸気弁１２との間
には可変動弁機構Ｖ２が設けられている。この可変動弁
機構Ｖ２は、基本的には図１１，１２に示す上記の可変
動弁機構Ｖ１と同様の構成である。すなわち、駆動軸１
３の外周には、揺動カム２０が揺動可能に外嵌してお
り、この揺動カム２０が第２吸気弁１２のバルブリフタ
１２ａに摺接して、この第２吸気弁１２を開閉駆動す
る。この揺動カム２０と駆動軸１３とが、リング状リン
ク２５，ロッカーアーム１８，及びロッド状リンク２６
によって、駆動軸１３と略平行に延びる制御軸１６を介
して機械的に連携されている。

【００４２】上記のリング状リンク２５は、駆動軸１３
と一体的に回転する駆動カム１５の外周に相対回転可能
に外嵌して取り付けられており、この駆動カム１５は、
駆動軸１３の軸心に対して所定量偏心している。また、
リング状リンク２５の先端は、ロッカーアーム１８の一
端と相対回転可能に連結されている。ロッカーアーム１
８は、略への字状の所謂ベルクランク状をなしており、
その中央部が制御軸１６と一体的に回転する制御カム１
７の外周に相対回転可能に外嵌して取り付けられてい
る。この制御カム１７は、制御軸１６の軸心に対して所
定量偏心している。ロッド状リンク２６は、その一端が
ロッカーアーム１８の他端と相対回転可能に連結されて
いるとともに、その他端が揺動カム２０の先端部と相対
回転可能に連結されている。

【００４３】上記の駆動軸１３と制御軸１６とは、図示
せぬ軸受ブラケットを介してシリンダヘッドへ回転可能
に支持されている。制御軸１６の一端には、制御軸１６
を回転駆動するとともに、所定の回動位置に保持するア
クチュエータ３３が設けられている。このアクチュエー
タ３３の動作は、周知のＣＰＵ及びメモリ等を備えたエ
ンジンコントロールユニットによって、機関の運転状態
に応じて制御される。

【００４４】以上のような構成により、クランクシャフ
トに同期して駆動軸１３が回転すると、駆動軸１３と一
体的に回転する固定カム１４が第１吸気弁１１のバルブ
リフタ１１ａを押圧することにより、第１吸気弁１１が
図外のバルブスプリングの反力に反して開閉駆動され
る。すなわち、クランクシャフトの回転角（駆動軸１３
の回転角）に対する第１吸気弁１１の作動角及び開弁，
閉弁時期は常に一定である。

【００４５】また、駆動軸１３が回転すると、駆動カム
１５を介してリング状リンク２５が並進移動するととも
に、ロッカーアーム１８が制御カム１７の周りを揺動
し、かつ、ロッド状リンク２６を介して揺動カム２０が
揺動する。この揺動カム２０が第２吸気弁１２のバルブ
リフタ１２ａを押圧することにより、第２吸気弁１２が
図外のバルブスプリングの反力に反して開閉駆動され
る。

【００４６】そして、機関運転状態に応じて制御軸１６
を駆動制御することにより、ロッカーアーム１８の揺動
中心となる制御カム１７の軸心位置が制御軸１６の軸心
周りに回転変位する。この結果、ロッカーアーム１８を
含めた各リンク２０，２５，２６等の姿勢が変化し、第
２吸気弁１２の作動角及び開閉時期が連続的に変化す
る。

【００４７】このような可変動弁機構Ｖ２は、駆動カム
１５とリング状リンク２５との摺接部分や制御カム１７
とロッカーアーム１８との摺接部分等が面接触となって
いるため、耐摩耗性及び潤滑性が良好で、耐久性，信頼
性に優れている。また、固定カム１４が設けられる駆動
軸１３と同軸上に駆動カム１５，揺動カム２０が配置さ
れている等の関係で、コンパクトなレイアウトとするこ
とができ、車両搭載性にも優れている。

【００４８】図１は、クランクシャフトの回転角に対す
る吸，排気弁の作動角を示す特性図で、機関運転状態に
対する第２吸気弁１２の作動角の設定の一例を示してい
る。また、図２は、吸気弁の開弁，閉弁時期を模式的に
示しており、Ｌ１は第１吸気弁１１の開弁，閉弁時期
を、Ｌ２は第２吸気弁１２の開弁，閉弁時期を、破線Ｌ
３は吸気弁全体の開弁時期及び閉弁時期を表している。
また、図２の左端の円グラフは、第１吸気弁１１の作動
角に対応しており、残りの円グラフは、図３に示すよう
に第１吸気弁１１の作動角と第２吸気弁１２の作動角と
を重ね合わせた吸気弁全体の作動角に対応している。こ
こで、円グラフの最上部が上死点（ＴＤＣ）に、最下部
が下死点（ＢＤＣ）に対応している。

【００４９】図１，２に示すように、作動角一定の第１
吸気弁１１は、開弁時期が吸気上死点近傍に設定され、
かつ、閉弁時期が下死点よりもある程度進角して設定さ
れている。一方、作動角が変化する第２吸気弁１２は、
上述したように制御軸１６の位相にかかわらず中心角が
略一定であり、その中心角θ２が第１吸気弁の中心角θ
１よりもΔθだけ遅角して設定されている。つまり、第
２吸気弁１２の中心角θ２は、上死点と下死点との略中
間の位相に設定されており、作動角を大きくしたとき
に、下死点よりも進角して開弁するとともに上死点より
も遅角して閉弁するようになっている。一方、第１吸気
弁１１の中心角θ１は、第２吸気弁１２の中心角θ２よ
りも進角設定され、つまり下死点寄りに設定されてい
る。

【００５０】より具体的には、低回転低負荷時（常用
域）には、第２吸気弁１２の作動角が小作動角側に設
定，制御される。図１（ａ）は、最小作動角時の設定状
態を示しており、このような場合、第２吸気弁１２の開
弁時期が第１吸気弁１１の開弁時期よりも遅角し、か
つ、第２吸気弁１２の閉弁時期が第１吸気弁１１の閉弁
時期よりも進角している。このために、吸気弁全体とし
ては、実質的に、第１吸気弁１１の開弁時期に開弁し、
かつ、第１吸気弁１１の閉弁時期に閉弁する形となる。
つまり、吸気弁全体としては、早期閉弁となり、ポンプ
損失低減効果が期待できるとともに、開弁時期が上死点
近傍に設定されるため、バルブオーバーラップ（Ｏ／
Ｌ）量が抑制され、燃費の向上を図ることができる。

【００５１】なお、例えば吸気ポートに燃料を供給する
形式の内燃機関の場合には、図１（ａ）に示すような最
小作動角時においても、噴射燃料がバルブ傘裏に溜まる
ことなく筒内へ良好に供給されるように、ある程度のバ
ルブリフト量（作動角）を確保する必要がある。

【００５２】また、例えば所定の中負荷域では、図１
（ｂ）に示すように、第２吸気弁１２の作動角が中程度
となる中作動角状態に設定，制御される。この場合に
は、第２吸気弁１２の中心角が相対的に遅角している関
係で、第２吸気弁１２の閉弁時期が第１吸気弁１１の閉
弁時期よりも遅角する。したがって、吸気弁全体として
は、実質的に、第１吸気弁１１の開弁時期に開弁し、第
２吸気弁１２の閉弁時期に閉弁する。

【００５３】更に、出力性能が要求される高回転高負荷
時には、第２吸気弁１２の作動角が大作動角側、例えば
図１（ｃ）に示すような最大作動角状態に設定される。
この状態では、第２吸気弁１２の開弁時期が第１吸気弁
１１の開弁時期よりも進角するとともに、第２吸気弁１
２の閉弁時期が第１吸気弁１１の閉弁時期よりも遅角す
る。従って、吸気弁全体としては、第２吸気弁１２の開
弁時期に開弁し、第２吸気弁１２の閉弁時期に閉弁する
形となる。

【００５４】このように、第２吸気弁１２の作動角を変
化させることにより、吸気弁全体としての開弁時期及び
閉弁時期が適宜に変化する。具体的には、仮に作動角が
最小作動角から最大作動角へ変化する場合、吸気弁全体
としての開弁時期及び閉弁時期は、両吸気弁１１，１２
の閉弁時期が等しくなるまでは一定（第１吸気弁１１の
開弁時期及び閉弁時期）で、それから両吸気弁１１，１
２の開弁時期が等しくなるまでは、開弁時期が一定（第
１吸気弁１１の開弁時期）のまま閉弁時期（第２吸気弁
１２の閉弁時期）が遅角し、その後には開弁時期（第２
吸気弁１２の開弁時期）が進角しつつ閉弁時期（第２吸
気弁１２の閉弁時期）が遅角する。

【００５５】従って、例えば低回転低負荷域では、負荷
の増加に伴って、第２吸気弁１２の作動角を増加させる
ことにより、開弁時期を吸気上死点近傍に維持したまま
で、閉弁時期を要求に応じて遅角させていくことができ
る。従って、バルブオーバーラップ量の増加を招くこと
なく、効果的にポンプ損失を低減することができる。

【００５６】また、例えば高回転高負荷領域では、機関
回転数の上昇に伴って、第２吸気弁１２の作動角を増加
させることにより、吸気弁全体の閉弁時期が遅角して吸
気慣性効果を有効利用することができるとともに、吸気
弁全体の開弁時期が進角してバルブオーバーラップ量が
増加し、掃気効果を良好に得ることができる。

【００５７】このように、中心角が略一定で作動角が変
化する可変動弁機構Ｖ２を用いつつ、出力の向上と燃費
の低減とを高いレベルで両立することができる。参考と
して、機関回転数とトルクに応じて必要とされる作動角
のマップを図５に示す。

【００５８】図６は、第２吸気弁１２の作動角（制御軸
１６の位相）を設定，制御するために、上記エンジンコ
ントロールユニットによって実行されるフローチャート
である。このルーチンは、例えば所定のクランク角毎あ
るいは所定時間毎に繰り返し実行される。

【００５９】ステップ１０２では揺動カム２０等に取り
付けられた図示せぬセンサにより、可変吸気弁つまり第
２吸気弁１２の実作動角が読み込まれる。ステップ１０
３では機関回転数が、ステップ１０４では機関のトルク
が読み込まれる。ここで機関のトルクは、基本燃料パル
ス幅Ｔｐ、あるいはスロットルバルブ開度ＴＶＯであっ
ても良い。ステップ１０５では、機関の水温Ｔｗが読み
込まれる。

【００６０】ステップ１０５で読み込んだ水温Ｔｗが所
定の値Ｔｗ１よりも低い場合、ステップ１０６からステ
ップ１１１へ進み、作動角の設定，制御は行われない。
この理由は、主に、低水温の場合、壁流等の増加に伴う
燃焼悪化を招くＯ／Ｌ量の付与を抑制するためである。
油圧で制御する場合には、水温の代わりに油圧を用いて
も良い。

【００６１】所望の水温Ｔｗ１以上の場合には、ステッ
プ１０６からステップ１０７へ進み、回転数及び負荷に
応じた作動角（又は制御軸の位相）の制御マップから、
運転条件に応じた目標作動角（又は制御軸の目標位相）
の値を選択し、続くステップ１０８で読み込む。読み込
まれた目標作動角に従い、ステップ１０９では、制御軸
１６を駆動するアクチュエータ３３の制御用に、例えば
Ｐ分、Ｉ分、Ｄ分を演算する。ステップ１１０では、ス
テップ１０９で演算された変数に基づき、アクチュエー
タ３３を作動させる。

【００６２】次に、本実施形態の可変動弁機構Ｖ２が好
適に適用される内燃機関の燃焼室や吸，排気弁につい
て、図７〜１０に示す第１〜４実施例を参照して考察す
る。なお、図７〜図１０は、シリンダヘッド２１の底面
図に対応している。

【００６３】先ず、全実施例に共通する基本的な構成を
説明すると、シリンダヘッド２１の底面には、ペントル
ーフ型等の燃焼室２２が凹設されており、この燃焼室２
２の壁面には、スラスト−反スラスト方向（図７〜１０
の左右方向）の一側に、一対の吸気弁１１，１２により
開閉される吸気ポートが隣設して開口形成され、かつ、
スラスト−反スラスト方向の他側に、一対の排気弁３
１，３２により開閉される排気ポートが隣設して開口形
成されている。これらの吸気弁１１，１２及び排気弁３
１，３２に囲まれる燃焼室２２の略中央部には、点火プ
ラグ用のプラグ孔２３が形成されている。

【００６４】燃焼室２２は、基本的にはピストンと同心
円状の範囲に形成されているが、スラスト−反スラスト
方向の周縁部には、シリンダヘッド２１の底面と略同一
面をなすスキッシュエリア２９，３０（３０Ａ〜３０
Ｄ）が形成されている。これらのスキッシュエリア２
９，３０は、周知のように、ピストン上死点時にピスト
ン頂面と僅かな隙間を介して対向するように設定されて
おり、主として、ピストン頂面とともに、ピストン運動
に応じて燃焼室内にガス流動を与える機能を有してい
る。

【００６５】図７に示す第１実施例は、一般的な燃焼室
２２の形状であって、吸気弁側のスキッシュエリア３０
Ａと排気弁側のスキッシュエリア２９とが同じ形状に設
定されている。また、吸気弁１１，１２が互いに同じ開
口面積（弁径）に設定されるとともに、排気弁３１，３
２が互いに同じ開口面積に設定され、かつ、吸気弁１
１，１２の開口面積が排気弁の開口面積よりも若干大き
く設定されている。

【００６６】これに対し、図８に示す第２実施例では、
吸気弁側のスキッシュエリア３０Ｂが、排気弁側のスキ
ッシュエリア２９よりも燃焼室２２の中央部側へ延長形
成されており、つまり、吸気弁１１，１２の開口部近傍
にまで拡大されている。この関係で、燃焼室２２の吸気
弁側の壁面２２ａが、点火プラグと対向するように起立
する形となっている。この結果、吸気ポートから流入す
る吸入空気ガス流動に縦渦成分が効果的に与えられる。
また、低回転低負荷領域では、上述したように第１、第
２吸気弁１１，１２にリフト差がついているため、吸入
空気ガス流動の横渦成分が効果的に強化される。この両
者の相乗効果により、更なる燃焼の改善を図ることがで
きる。

【００６７】図９に示す第３実施例は、可変動弁機構Ｖ
２が適用された第２吸気弁１２の開口面積を、作動角一
定の第１吸気弁１１の開口面積よりも大きく設定してい
る点で、図８に示す第２実施例と異なっている。このよ
うに、作動角可変の第２吸気弁１２の通路面積を相対的
に増加させることにより、機関の流入空気抵抗を抑制で
き、更なる最高出力回転数の上昇と最高出力の上昇とを
図ることができる。

【００６８】図１０に示す第４実施例は、作動角可変の
第２吸気弁１２に隣設する第２排気弁３２の開口面積
を、作動角一定の第１吸気弁１１に隣設する第１排気弁
３１の開口面積よりも小さく設定している点で、図９に
示す第３実施例と異なっている。この第４実施例では、
第２吸気弁１２の通路面積を更に増加することができる
ため、機関の流入空気抵抗を減少でき、最高出力回転数
及び最高出力の更なる向上を図ることができる。

【００６９】図１１は、吸気弁１１，１２の作動角の他
の設定例を示している。この例では、図２に示す特性に
対し、可変動弁機構Ｖ２を備える第２吸気弁１２の作動
角を小作動角側から大作動角側へ変更する際に、その閉
弁時期が下死点まで遅角する前に、開弁時期が上死点よ
りも進角するように設定されている。具体的には、第２
吸気弁１２の中心角が、上死点と下死点の中間位相より
も上死点側へオフセットして設定されている。

【００７０】この場合、例えば中負荷領域において、吸
気弁全体を下死点前に閉弁させつつ、吸気弁全体の開弁
時期を上死点よりも進角させて、積極的にバルブオーバ
ーラップを付与することが可能となる。また、このよう
な場合、吸気弁全体の閉弁時期が下死点前となっている
ため、仮に両吸気弁を作動角一定の固定動弁とした場合
に比して、同一負荷に対するスロットル開度（図示省
略）が相対的に大きくなる。そのため、上記のようなＯ
／Ｌの付与による所望の内部ＥＧＲ効果を得つつ、吸気
管内に噴き戻される排気をより確実に抑制することがで
きる。このことにより、排気の熱を筒内で有効に利用で
き、ポンプ損失低減に加え、未燃燃料の気化促進、ある
いは温度上昇によるクエンチ層の減少により更なる燃費
向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る吸気弁駆動制御装置
の作動角特性を示すグラフ。

【図２】上記実施形態に係る吸気弁側の開弁時期及び閉
弁時期を模式的に示すグラフ。

【図３】図２に用いられる作動角の円グラフを説明する
ための説明図。

【図４】上記実施形態に係る吸気弁駆動制御装置の機械
的構成を示す概略構成図。

【図５】参考としての作動角のマップを示す特性図。

【図６】上記実施形態に係る作動角の設定，制御の流れ
を示すフローチャート。

【図７】第１実施例に係る内燃機関の燃焼室の底面対応
図。

【図８】第２実施例に係る内燃機関の燃焼室の底面対応
図。

【図９】第３実施例に係る内燃機関の燃焼室の底面対応
図。

【図１０】第４実施例に係る内燃機関の燃焼室の底面対
応図。

【図１１】本発明の他の実施形態に係る作動角特性を示
すグラフ。

【図１２】従来例及び本発明に係る可変動弁機構の作用
説明図。

【図１３】従来例及び本発明に係る可変動弁機構の作用
説明図。

【符号の説明】

１１…第１吸気弁 １２…第２吸気弁 １３…駆動軸 １４…固定カム １５…駆動カム １６…制御軸 １７…制御カム １８…ロッカーアーム ２０…揺動カム ２５…リング状リンク ２６…ロッド状リンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G018 AA12 AB03 AB07 BA19 CA02 DA12 DA13 DA15 DA70 EA03 EA04 EA08 EA13 EA14 EA17 EA22 EA24 EA31 EA32 EA35 FA01 FA06 FA08 FA09 FA25 FA26 GA06 GA07 3G092 AA01 AA05 AA10 AA11 DA01 DA05 DA12 DA14 DG03 EA03 EA04 EA11 EC09 FA02 FA21 FA25 GA05 GA06 GA12 GA17 GA18 HA06Z HA11Z HB01Z HE01Z HE04Z HE08Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各気筒毎に第１吸気弁及び第２吸気弁が
   設けられた内燃機関において、 クランクシャフトと同期して回転する駆動軸と、 この駆動軸と一体的に回転し、上記第１吸気弁を駆動す
   る固定カムと、 上記駆動軸と第２吸気弁との間に設けられ、第２吸気弁
   の中心角を略一定として、その作動角を可変制御する可
   変動弁機構と、を備え、 上記第１吸気弁は、作動角が一定で、略上死点近傍で開
   弁するとともに、下死点よりも進角して閉弁し、 少なくとも第２吸気弁の最小作動角時には、第２吸気弁
   の開弁時期を、第１吸気弁の開弁時期よりも遅角させる
   ことを特徴とする内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
2. 【請求項２】 各気筒毎に第１吸気弁及び第２吸気弁が
   設けられた内燃機関において、 クランクシャフトと同期して回転する駆動軸と、 この駆動軸と一体的に回転し、上記第１吸気弁を駆動す
   る固定カムと、 上記駆動軸と第２吸気弁との間に設けられ、第２吸気弁
   の中心角を略一定として、その作動角を可変制御する可
   変動弁機構と、を備え、 上記第１吸気弁は、作動角が一定で、略上死点近傍で開
   弁するとともに、下死点よりも進角して閉弁し、 上記第２吸気弁の中心角は第１吸気弁の中心角よりも遅
   角しており、 少なくとも第２吸気弁の最小作動角時には、第２吸気弁
   の閉弁時期を第１吸気弁の閉弁時期よりも進角させ、 少なくとも第２吸気弁の最大作動角時には、第２吸気弁
   の開弁時期を第１吸気弁の開弁時期よりも進角させるこ
   とを特徴とする内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
3. 【請求項３】 少なくとも高負荷時には、機関回転数の
   上昇に応じて、上記第２吸気弁の閉弁時期が遅角するよ
   うに、第２吸気弁の作動角を増加させることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装
   置。
4. 【請求項４】 少なくとも低回転低負荷時には、負荷の
   上昇に応じて上記第２吸気弁の作動角を増加させること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関
   の吸気弁駆動制御装置。
5. 【請求項５】 上記第２吸気弁の作動角を小作動角側か
   ら大作動角側へ変更する際に、第２吸気弁の閉弁時期が
   下死点まで遅角する前に、第２吸気弁の開弁時期が上死
   点よりも進角することを特徴とする請求項１〜４のいず
   れかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
6. 【請求項６】 上記可変動弁機構は、 上記駆動軸の外周に揺動可能に外嵌し、上記第２吸気弁
   を駆動する揺動カムと、 上記駆動軸と略平行に配置され、機関運転状態に応じて
   回動制御される制御軸と、 この制御軸に偏心して設けられ、この制御軸と一体的に
   回転する制御カムと、 この制御カムの外周に回転可能に外嵌するロッカーアー
   ムと、 上記駆動軸に偏心して設けられ、この駆動軸と一体的に
   回転する駆動カムと、この駆動カムの外周に回転可能に
   外嵌するとともに、上記ロッカーアームの一端に連結す
   るリング状リンクと、 上記ロッカーアームの他端と揺動カムとを連結するロッ
   ド状リンクと、を有することを特徴とする請求項１〜５
   記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
7. 【請求項７】 上記内燃機関の燃焼室内に縦渦流を生成
   する縦渦流生成手段を有することを特徴とする請求項１
   〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装
   置。
8. 【請求項８】 上記内燃機関のシリンダヘッドの底面に
   凹設される燃焼室の一側に、上記第１吸気弁及び第２吸
   気弁が配置されるとともに、この燃焼室の他側に、一対
   の排気弁が配置され、かつ、上記燃焼室の吸気弁側及び
   排気弁側の周縁部に、シリンダヘッドの底面と略同一平
   面をなすスキッシュエリアが形成され、 吸気弁側のスキッシュエリアが、排気弁側のスキッシュ
   エリアに比して、燃焼室の中央部側へ拡大されているこ
   とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機
   関の吸気弁駆動制御装置。
9. 【請求項９】 上記第２吸気弁の開口面積が第１吸気弁
   の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜８
   のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
10. 【請求項１０】 上記内燃機関の燃焼室の一側に、上記
    第１吸気弁及び第２排気弁が配置されるとともに、上記
    燃焼室の他側に、上記第１吸気弁に隣設する第１排気弁
    と、上記第２吸気弁に隣設する第２排気弁とが配置さ
    れ、 上記第２排気弁の開口面積が第１排気弁の開口面積より
    も小さいことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の
    吸気弁駆動制御装置。