JP2007016693A - Intake air flow control device for internal combustion engine - Google Patents

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Hiroshi Sakai
洋志 坂井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake air flow control device for an internal combustion engine, capable of intensifying an air flow during low load without producing intake resistance during high load. <P>SOLUTION: The intake air flow control device comprises an intake valve 20 having a ridge portion 20R formed over the almost half periphery of the reverse face of an umbrella portion 20K, a variable lift amount valve train 120 for changing the valve lift amount of the intake valve 20, and a control means for controlling the variable lift amount valve train depending on an operated condition. Besides, it has a rotation positioning mechanism 110 for the intake valve 20. The control means controls the rotation positioning mechanism 110 together with the variable lift amount valve train 120 depending on the operated condition. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の吸気流制御装置に関する。   The present invention relates to an intake flow control device for an internal combustion engine.

従来、内燃機関における燃焼を改善するために、シリンダ内に空気の流動を発生させる吸気流制御装置が種々提案されている。例えば、特許文献1には、吸気バルブの傘部裏面の一部に円弧状のシュラウドを設け、このシュラウドの位置を変えることによりスワール強度を変更するようにした技術が開示されている。また、特許文献2には、吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切り吸気バルブを中心として回動可能な整流板を設け,運転状態に応じて整流板を回動させることにより吸気流に順または逆のタンブルやスワールを生じさせるようにした技術が開示されている。   Conventionally, in order to improve combustion in an internal combustion engine, various intake flow control devices that generate air flow in a cylinder have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which an arc-shaped shroud is provided on a part of the rear surface of the umbrella portion of the intake valve, and the swirl strength is changed by changing the position of the shroud. Further, Patent Document 2 includes a rectifying plate that can rotate around the intake valve across the opening between the intake valve and the wall surface of the intake port, and by rotating the rectifying plate according to the operating state, A technique is disclosed in which a forward or reverse tumble or swirl is generated in the flow.

実開昭63−183404号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-183404 特開平10−331647号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-331647

ところで、一般に内燃機関にあっては、上述のシュラウドや整流板等を用いて、シリンダ内に強制的に強い空気の流動を生じさせること(以下、このことを気流強化と称す)で、燃焼の改善を図ることが望まれるのは吸気流量の少ない低負荷時であり、充填効率の向上が望まれる高負荷時には、これらが吸気抵抗とならないことがむしろ好ましい。   By the way, in general, in an internal combustion engine, by using the above-mentioned shroud, a rectifying plate, etc., a strong air flow is forcibly generated in the cylinder (hereinafter, this is referred to as airflow enhancement). Improvement is desired at low loads where the intake flow rate is low, and it is preferable that these do not become intake resistances at high loads where improvement in charging efficiency is desired.

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、シュラウドによる偏流作用により低負荷時に弱いスワールを生じさせることは可能であるが、気流強化を行なわせることやタンブルを生じさせることは困難である。   However, with the technique described in Patent Document 1, it is possible to generate a weak swirl at a low load due to the drifting action by the shroud, but it is difficult to perform airflow reinforcement or tumble.

また、特許文献2に記載の技術は、低負荷の成層燃焼運転時には整流板を吸気流方向に対して交差する位置に回動させることで逆タンブルを生じさせることは可能であるが、順タンブル位置での気流強化は困難である。   Further, in the technique described in Patent Document 2, it is possible to cause reverse tumble by rotating the rectifying plate to a position intersecting the intake flow direction during low load stratified combustion operation. It is difficult to strengthen the airflow at the location.

そこで、本発明の目的は、順または逆のタンブルやスワールを問わず、低負荷時の気流強化を行なわせることが可能で、高負荷時には吸気抵抗となることのない内燃機関の吸気流制御装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an intake air flow control device for an internal combustion engine that can enhance airflow at low load regardless of forward or reverse tumble or swirl and does not become intake resistance at high load. Is to provide.

上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の吸気流制御装置は、傘部裏面のほぼ半周に亘り隆起部が形成された吸気バルブと、該吸気バルブのバルブリフト量を変更可能な可変リフト量動弁機構と、運転状態に応じて該可変リフト量動弁機構を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。   An intake flow control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention that achieves the above-described object is provided with an intake valve in which a raised portion is formed over almost a half of the back surface of the umbrella, and the valve lift amount of the intake valve can be changed. A variable lift amount valve mechanism and a control means for controlling the variable lift amount valve mechanism in accordance with an operating state are provided.

ここで、前記吸気バルブの回転位置決め機構をさらに備え、前記制御手段は、運転状態に応じて、前記可変リフト量動弁機構と共に前記回転位置決め機構を制御するようにしてもよい。   Here, the intake valve may further include a rotation positioning mechanism, and the control means may control the rotation positioning mechanism together with the variable lift amount valve mechanism according to an operating state.

本発明の一形態に係る内燃機関の吸気流制御装置によれば、運転状態に応じて可変リフト量動弁機構が制御手段により制御され、この制御に応じて吸気バルブのリフト量が変更されることになる。すると、吸気バルブのリフト量が小さいときには、傘部裏面のほぼ半周に亘り形成された隆起部によって吸気ポートの開口部のほぼ半周が塞がれる結果、吸気は吸気ポートの残りの開口部と傘部裏面の隆起部のない部分との間を通過して気流強化が行なわれてシリンダ内に吸入される。一方、吸気バルブのリフト量が大きいときには、隆起部を含む傘部全体が吸気ポートの開口部を越えるので、吸気抵抗を伴わずに吸気がシリンダ内に吸入される。   According to the intake flow control device for an internal combustion engine according to one aspect of the present invention, the variable lift amount valve mechanism is controlled by the control means according to the operating state, and the lift amount of the intake valve is changed according to this control. It will be. Then, when the lift amount of the intake valve is small, almost half of the opening of the intake port is blocked by the raised portion formed over almost half of the back of the umbrella. The airflow is strengthened by passing between the part having no raised part on the back surface and sucked into the cylinder. On the other hand, when the lift amount of the intake valve is large, since the entire umbrella portion including the raised portion exceeds the opening portion of the intake port, intake air is sucked into the cylinder without any intake resistance.

ここで、前記吸気バルブの回転位置決め機構をさらに備え、前記制御手段は、運転状態に応じて、前記可変リフト量動弁機構と共に前記回転位置決め機構を制御する形態によれば、運転状態に応じて吸気バルブの回転位置決め機構も制御される。従って、吸気バルブのリフト量が小さいときに、吸気バルブの回転位置を所定位置に位置決めすることにより、吸気ポートの塞がれていない残りの開口部と傘部裏面の隆起部のない部分との間で形成される流路の方向が順または逆のタンブルやスワールを生じさせる方向に向けられるので、順または逆のタンブルやスワールを問わず、低負荷時の気流強化を行なわせることができる。   Here, the rotation positioning mechanism of the intake valve is further provided, and the control means controls the rotation positioning mechanism together with the variable lift amount valve mechanism according to the operation state. The rotational positioning mechanism of the intake valve is also controlled. Therefore, when the lift amount of the intake valve is small, by positioning the rotation position of the intake valve at a predetermined position, the remaining opening portion of the intake port that is not blocked and the portion without the raised portion on the back of the umbrella portion Since the direction of the flow path formed between them is directed to the direction in which the forward or reverse tumble or swirl is generated, the airflow can be enhanced at low load regardless of the forward or reverse tumble or swirl.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、上述した発明が適用された内燃機関としてのガソリンエンジン(以下、「エンジン」と略す)10の縦断面図(図2におけるI−I断面)、図2は図1におけるII−II断面図を示している。   1 is a longitudinal sectional view (II cross section in FIG. 2) of a gasoline engine (hereinafter referred to as “engine”) 10 as an internal combustion engine to which the above-described invention is applied, and FIG. 2 is II-II in FIG. A cross-sectional view is shown.

エンジン10は、自動車用として自動車に搭載されているものである。このエンジン10は、シリンダブロック12、シリンダブロック12内で往復動するピストン14およびシリンダブロック12上に取り付けられたシリンダヘッド16等を備えている。シリンダブロック12には例えば4つの気筒10aが形成され、各気筒10aには、シリンダブロック12、ピストン14およびシリンダヘッド16にて区画された燃焼室18が形成されている。   The engine 10 is mounted on an automobile for use in an automobile. The engine 10 includes a cylinder block 12, a piston 14 that reciprocates within the cylinder block 12, a cylinder head 16 attached on the cylinder block 12, and the like. For example, four cylinders 10 a are formed in the cylinder block 12, and a combustion chamber 18 defined by the cylinder block 12, the piston 14, and the cylinder head 16 is formed in each cylinder 10 a.

そして各燃焼室18には、それぞれ吸気バルブ20(第1吸気バルブ20a、第2吸気バルブ20b)、排気バルブ24(第1排気バルブ24aおよび第2排気バルブ24b)が配置されている。この内、第1吸気バルブ20aは第1吸気ポート22aを開閉し、第2吸気バルブ20bは第2吸気ポート22bを開閉し、第1排気バルブ24aは第1排気ポート26aを開閉し、第2排気バルブ24bは第2排気ポート26bを開閉するように配置されている(図2参照)。なお、以下の説明で、吸気バルブ、排気バルブ、吸気ポートおよび排気ポートについて第1および第2を区別する必要がないときは、それぞれ添字を省略して表示する。   In each combustion chamber 18, an intake valve 20 (first intake valve 20a, second intake valve 20b) and an exhaust valve 24 (first exhaust valve 24a and second exhaust valve 24b) are arranged. Among these, the first intake valve 20a opens and closes the first intake port 22a, the second intake valve 20b opens and closes the second intake port 22b, the first exhaust valve 24a opens and closes the first exhaust port 26a, and the second The exhaust valve 24b is disposed so as to open and close the second exhaust port 26b (see FIG. 2). In the following description, when there is no need to distinguish between the first and second intake valves, exhaust valves, intake ports, and exhaust ports, the subscripts are omitted.

さらに、シリンダヘッド16には各燃焼室18の頂部に望む形態で、スプレイガイド式のフューエルインジェクタ30および点火プラグ32が隣接して配置されており、気筒10a内に対して必要な量の燃料を噴射可能としている。   Further, the cylinder head 16 is provided with a spray guide type fuel injector 30 and a spark plug 32 adjacent to each other in the form desired at the top of each combustion chamber 18, so that a necessary amount of fuel is supplied to the cylinder 10a. Injectable.

各気筒10aの第1吸気ポート22aおよび第2吸気ポート22bは共に、吸気マニホールド内に形成された吸気通路を介して不図示のサージタンクに接続されている。また、サージタンクは吸気ダクトを介してエアクリーナに連結されており、本実施の形態では、吸気ダクト内にアクセルペダルの操作とは独立して電動モータにより駆動される不図示のスロットルバルブが配置されている。また、これらの第1吸気バルブ20aおよび第2吸気バルブ20bのリフト量の調整は、吸気カムシャフト45に設けられた吸気カム45aとロッカーアーム13との間に存在する後述する仲介駆動機構を含む可変リフト量動弁機構120により行われる。   Both the first intake port 22a and the second intake port 22b of each cylinder 10a are connected to a surge tank (not shown) via an intake passage formed in the intake manifold. The surge tank is connected to an air cleaner via an intake duct. In this embodiment, a throttle valve (not shown) that is driven by an electric motor independently of the operation of the accelerator pedal is arranged in the intake duct. ing. Further, the adjustment of the lift amount of the first intake valve 20a and the second intake valve 20b includes an intermediary drive mechanism (described later) existing between the intake cam 45a provided on the intake cam shaft 45 and the rocker arm 13. This is performed by the variable lift valve mechanism 120.

なお、各気筒10aの第1排気ポート26aを開閉している第1排気バルブ24aおよび第2排気ポート26bを開閉している第2排気バルブ24bは、エンジン10の回転に伴う排気カムシャフト46に設けられた排気カム46aの回転により、ロッカーアーム15を介して一定のリフト量で開閉されている。そして、各気筒10aの第1排気ポート26aおよび第2排気ポート26bは排気マニホールドを介して排気管に連通され、この排気管には不図示の三元触媒コンバータが配設されている。   The first exhaust valve 24a that opens and closes the first exhaust port 26a of each cylinder 10a and the second exhaust valve 24b that opens and closes the second exhaust port 26b are connected to the exhaust camshaft 46 as the engine 10 rotates. The exhaust cam 46a is provided so as to be opened and closed with a certain lift amount through the rocker arm 15 by rotation of the exhaust cam 46a. The first exhaust port 26a and the second exhaust port 26b of each cylinder 10a are communicated with an exhaust pipe through an exhaust manifold, and a three-way catalytic converter (not shown) is disposed in the exhaust pipe.

ここで、吸気バルブ20(第1吸気バルブ20aおよび第2吸気バルブ20b)の構造について、図3を参照して説明しておく。図3(A)および図3(B)にはそれぞれ吸気バルブ20の単体が示され、図3(C)には吸気バルブ20がエンジン10に組み込まれ、小リフト量の状態位置にあるときが示されている。本実施の形態に係る吸気バルブ20は、ポペット弁式であり、そのステム部20Sの先端に連続する傘部20Kの裏面にそのほぼ半周に亘り隆起部20Rが形成されている。そして、この隆起部20Rのない部分はステム部20Sから傘部20Kの周縁にかけて滑らかなスロープ面20Fを形成している。すなわち、この隆起部20Rは、図3(C)に示す吸気バルブ20の小リフト量状態では、吸気ポート22の開口部22Xのほぼ半周を塞ぎ、換言すると、吸気バルブ20の片側に位置する吸気ポート22の開口部22Xの残りの部分のみが開口されるように形成されている。従って、吸気バルブ20の小リフト量状態では、傘部20Kの裏面のほぼ半周に亘り形成された隆起部20Rによって吸気ポート22の開口部22Xのほぼ半周が塞がれる。そして、吸気は吸気ポート22の塞がれていない残りの開口部22Xと傘部20Kの裏面の隆起部のないスロープ面20Fの部分との間を通過し気流強化が行なわれて気筒(シリンダ)10a内に吸入される。   Here, the structure of the intake valve 20 (the first intake valve 20a and the second intake valve 20b) will be described with reference to FIG. 3 (A) and 3 (B) each show a single intake valve 20, and FIG. 3 (C) shows a state where the intake valve 20 is incorporated in the engine 10 and is in the state of a small lift amount. It is shown. The intake valve 20 according to the present embodiment is a poppet valve type, and a raised portion 20R is formed on the back surface of the umbrella portion 20K continuous to the tip of the stem portion 20S over almost a half circumference. And the part without this protruding part 20R forms the smooth slope surface 20F from the stem part 20S to the periphery of the umbrella part 20K. That is, the raised portion 20R closes substantially half the circumference of the opening 22X of the intake port 22 in the small lift amount state of the intake valve 20 shown in FIG. 3C, in other words, the intake air located on one side of the intake valve 20 Only the remaining portion of the opening 22X of the port 22 is formed to be opened. Therefore, when the intake valve 20 is in a small lift amount state, substantially half of the opening 22X of the intake port 22 is closed by the raised portion 20R formed over almost half of the back surface of the umbrella portion 20K. The intake air passes between the remaining opening 22X where the intake port 22 is not blocked and the portion of the slope surface 20F where the rear surface of the umbrella portion 20K does not have a raised portion, and the airflow is strengthened to make a cylinder (cylinder). 10a is inhaled.

さらに、図3(A)に示す吸気バルブ20の第1の実施形態では、ステム部20Sに突起20Pが形成され、図3(C)に示すようにシリンダヘッド16に形成された案内溝16Gに摺動自在に嵌合されている。かくて、吸気バルブ20は回動不能とされている。   Further, in the first embodiment of the intake valve 20 shown in FIG. 3A, a projection 20P is formed on the stem portion 20S, and the guide groove 16G formed on the cylinder head 16 is formed in the guide head 16G as shown in FIG. It is slidably fitted. Thus, the intake valve 20 is not allowed to rotate.

また、図3(B)に示す吸気バルブ20の第2の実施形態では、ステム部20Sにウォームホイール歯20Wが形成され、図1に示すようにシリンダヘッド16に配置されたモータMにより駆動されるウォーム歯Wtに歯合される。これらのモータM、ウォーム歯Wtおよびウォームホイール歯20Wにより本発明に云う吸気バルブ20の回転位置決め機構110が構成されている。なお、回転位置決め機構としては、ステム部20Sにピニオンを形成しアクチュエータで駆動されるラックでもって吸気バルブ20を回動する機構で構成してもよい。   Further, in the second embodiment of the intake valve 20 shown in FIG. 3B, the worm wheel teeth 20W are formed on the stem portion 20S, and are driven by the motor M arranged on the cylinder head 16 as shown in FIG. The worm teeth Wt are engaged. These motor M, worm tooth Wt and worm wheel tooth 20W constitute a rotational positioning mechanism 110 of the intake valve 20 according to the present invention. The rotation positioning mechanism may be a mechanism that rotates the intake valve 20 with a rack formed with a pinion in the stem portion 20S and driven by an actuator.

電子制御ユニット(以下、ECUと称する)100は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、入力ポートおよび出力ポート等を備えている。   An electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 100 is composed of a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus such as RAM (random access memory), ROM (read only memory), CPU (microprocessor), An input port and an output port are provided.

アクセルペダル74にはアクセル開度センサ76が取り付けられ、アクセルペダル74の踏み込み量に比例した出力電圧がAD変換器を介して入力ポートに入力される。不図示の上死点センサは例えば気筒10aの内の1番気筒が吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポートに入力される。不図示のクランク角センサは、クランクシャフトが30°回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポートに入力される。CPUでは上死点センサの出力パルスとクランク角センサの出力パルスから現在のクランク角が計算され、クランク角センサの出力パルスの頻度からエンジン回転数が計算される。   An accelerator opening sensor 76 is attached to the accelerator pedal 74, and an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 74 is input to the input port via the AD converter. A top dead center sensor (not shown) generates an output pulse when, for example, the first cylinder of the cylinders 10a reaches the intake top dead center, and this output pulse is input to the input port. A crank angle sensor (not shown) generates an output pulse every time the crankshaft rotates 30 °, and this output pulse is input to the input port. The CPU calculates the current crank angle from the output pulse of the top dead center sensor and the output pulse of the crank angle sensor, and calculates the engine speed from the frequency of the output pulses of the crank angle sensor.

吸気ダクトには、不図示の吸入空気量センサが設けられ、吸気ダクトを流れる吸入空気量に対応した出力電圧がAD変換器73を介して入力ポートに入力される。また、エンジン10のシリンダブロック12には不図示の水温センサが設けられ、エンジン10の冷却水温度を検出し、冷却水温度に応じた出力電圧をAD変換器を介して入力ポートに入力している。   An intake air amount sensor (not shown) is provided in the intake duct, and an output voltage corresponding to the intake air amount flowing through the intake duct is input to the input port via the AD converter 73. In addition, a water temperature sensor (not shown) is provided in the cylinder block 12 of the engine 10 to detect the cooling water temperature of the engine 10 and input an output voltage corresponding to the cooling water temperature to the input port via the AD converter. Yes.

さらに、後述するリフト量可変アクチュエータにより移動されるコントロールシャフト132の軸方向変位を検出するシャフト位置センサ、また、吸気カム45aのカム角を検出するカム角センサからの出力パルスが入力ポートに入力される。なお、これ以外に入力ポートには、各種の信号が入力されているが、本実施の形態では説明上重要でないので図示を省略している。   Furthermore, output pulses from a shaft position sensor that detects the axial displacement of the control shaft 132 that is moved by a lift amount variable actuator, which will be described later, and a cam angle sensor that detects the cam angle of the intake cam 45a are input to the input port. The In addition to this, various signals are input to the input port, but they are not shown in the present embodiment because they are not important in the description.

また、出力ポートは、対応する駆動回路を介して各フューエルインジェクタ30や点火プラグ32に接続され、ECU100はエンジン10の運転状態に応じて、各フューエルインジェクタ30の開弁制御を行い、燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御および点火プラグ32の点火時期制御を実行する。さらに、出力ポートは駆動回路を介して不図示の第1オイルコントロールバルブに接続され、ECU100は要求される吸気量等のエンジン10の運転状態に応じて、リフト量可変アクチュエータを制御している。更に出力ポートは駆動回路を介して不図示の第2オイルコントロールバルブに接続され、ECU100はエンジン10の運転状態に応じて、回転位相差可変アクチュエータを制御している。このことにより、吸気バルブ20のリフト量とバルブタイミングとがECU100により制御されて吸入空気量制御およびその他の制御が実行される。   The output port is connected to each fuel injector 30 and spark plug 32 via a corresponding drive circuit, and the ECU 100 performs valve opening control of each fuel injector 30 in accordance with the operating state of the engine 10, and the fuel injection timing. Control, fuel injection amount control, and ignition timing control of the spark plug 32 are executed. Further, the output port is connected to a first oil control valve (not shown) via a drive circuit, and the ECU 100 controls the variable lift amount actuator in accordance with the operating state of the engine 10 such as the required intake air amount. Further, the output port is connected to a second oil control valve (not shown) via a drive circuit, and the ECU 100 controls the rotational phase difference variable actuator according to the operating state of the engine 10. As a result, the lift amount and valve timing of the intake valve 20 are controlled by the ECU 100, and intake air amount control and other controls are executed.

ここで吸気バルブ20a,12bの可変リフト量動弁機構120について、図1および図4を参照しつつ説明する。可変リフト量動弁機構120は、気筒10a毎に設けられ、シリンダヘッド16の一端に取り付けられた不図示のリフト量可変アクチュエータを備えて構成されている。可変リフト量動弁機構120は、中央に設けられた入力部122、左に設けられた第1揺動カム124および右に設けられた第2揺動カム126を備えている。これら入力部122のハウジング122aおよび揺動カム124,126の各ハウジング124a,126aはそれぞれ外径が同じ円筒状をなしている。そして、入力部122にはその外周に突設されたアーム122b、122cに支持され、吸気カム45aに係合するローラ122dが設けられている。また、第1揺動カム124および第2揺動カム126の外周には、ロッカーアーム13のローラ13aに係合するノーズ124bおよびノーズ126bが突設されている。   Here, the variable lift valve mechanism 120 of the intake valves 20a, 12b will be described with reference to FIGS. The variable lift amount valve mechanism 120 is provided for each cylinder 10 a and includes a lift amount variable actuator (not shown) attached to one end of the cylinder head 16. The variable lift valve mechanism 120 includes an input portion 122 provided at the center, a first swing cam 124 provided on the left, and a second swing cam 126 provided on the right. The housing 122a of the input part 122 and the housings 124a and 126a of the swing cams 124 and 126 have a cylindrical shape with the same outer diameter. The input portion 122 is provided with a roller 122d that is supported by arms 122b and 122c protruding from the outer periphery of the input portion 122 and engages with the intake cam 45a. Further, a nose 124b and a nose 126b that are engaged with the roller 13a of the rocker arm 13 project from the outer periphery of the first rocking cam 124 and the second rocking cam 126.

さらに、入力部122の内周部には右ネジのヘリカルスプラインが形成され、第1揺動カム124および第2揺動カム126の内周部には左ネジのヘリカルスプラインがそれぞれ形成されている。そして、入力部122のヘリカルスプラインに噛合う右ネジの入力用ヘリカルスプライン、第1揺動カム124および第2揺動カム126のヘリカルスプラインにそれぞれ噛合う左ネジの出力用ヘリカルスプラインがそれぞれ外周に形成された不図示のスライダギアが、入力部122、第1揺動カム124および第2揺動カム126の内部に設けられている。このスライダギアには、支持パイプ130が挿通される貫通孔が形成され、支持パイプ130にはコントロールシャフト132が摺動可能に挿通されている。そして、コントロールシャフト132には、支持パイプ130に軸方向に長く形成された長孔を通り、スライダギアに周方向に長く形成された長孔に係合する係止ピンが植設されている。かくて、シリンダヘッド16に対して固定された支持パイプ130に対し、コントロールシャフト132の軸方向の変位を不図示のリフト量可変アクチュエータでもって調整することにより、スライダギアの軸方向の移動量が調整される。そして、このスライダギアの軸方向移動量が調整されることにより、ヘリカルスプラインを介してそれぞれ連結されている入力部122と第1揺動カム124および第2揺動カム126との位相差が調整され、吸気バルブ20のリフト量が変更されるように構成されている。なお、この可変リフト量動弁機構120の詳細な構造については、特開2001−263015号公報および特開2004−92500号公報を参照することができる。   Further, a right-handed helical spline is formed on the inner peripheral part of the input part 122, and a left-handed helical spline is formed on the inner peripheral parts of the first swing cam 124 and the second swing cam 126, respectively. . The right-hand input helical spline that meshes with the helical spline of the input unit 122, and the left-screw output helical spline that meshes with the helical splines of the first swing cam 124 and the second swing cam 126, respectively. The formed slider gear (not shown) is provided inside the input unit 122, the first swing cam 124, and the second swing cam 126. The slider gear has a through hole through which the support pipe 130 is inserted, and a control shaft 132 is slidably inserted into the support pipe 130. The control shaft 132 is provided with a locking pin that passes through a long hole formed in the support pipe 130 in the axial direction and engages with a long hole formed in the slider gear in the circumferential direction. Thus, by adjusting the displacement of the control shaft 132 in the axial direction with respect to the support pipe 130 fixed to the cylinder head 16 by the lift amount variable actuator (not shown), the amount of movement of the slider gear in the axial direction can be reduced. Adjusted. Then, by adjusting the amount of movement of the slider gear in the axial direction, the phase difference between the input portion 122, the first swing cam 124, and the second swing cam 126, which are respectively connected via the helical spline, is adjusted. Thus, the lift amount of the intake valve 20 is changed. For the detailed structure of the variable lift valve operating mechanism 120, reference can be made to Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-263015 and 2004-92500.

また、吸気バルブ20の開閉タイミングは、吸気カムシャフト45のクランクシャフトに対する回転位相を任意に制御可能に構成されている吸気バルブタイミング可変動弁機構を回転位相差可変アクチュエータでもって調整することで変更される。なお、吸気バルブタイミング可変動弁機構の構造は周知であるので、その詳細な説明は省略する。   The opening / closing timing of the intake valve 20 can be changed by adjusting the intake valve timing variable valve mechanism that can arbitrarily control the rotation phase of the intake camshaft 45 relative to the crankshaft with a variable rotation phase difference actuator. Is done. Since the structure of the intake valve timing variable valve mechanism is well known, detailed description thereof is omitted.

次に、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置のバルブ駆動制御処理の一例を図5のフローチャートを参照して説明する。この処理は周期ごとに繰り返し実行される。そこで、バルブ駆動制御処理が開始されると、ステップS501において、エンジンの運転状態が検出される。本実施の形態では、アクセル開度センサ76からの信号に基づいて得られる要求負荷を表すアクセル開度、吸入空気量センサからの信号に基づいて得られる負荷を表す吸気量およびクランク角センサからの信号に基づいて得られるエンジン回転数により、エンジンの運転状態が検出される。そして、次のステップS502において、この検出されたエンジンの運転状態に対応させて、予め実験等により求められマップに保管されている吸気バルブ最適リフト量値に基づいて、吸気バルブ20のリフト量が決定される。具体的には、リフト量可変アクチュエータによるコントロールシャフト132の軸方向の変位量が決定されるのである。   Next, an example of the valve drive control process of the intake air flow control device for the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is repeatedly executed every period. Therefore, when the valve drive control process is started, the engine operating state is detected in step S501. In the present embodiment, the accelerator opening representing the required load obtained based on the signal from the accelerator opening sensor 76, the intake air amount representing the load obtained based on the signal from the intake air amount sensor, and the crank angle sensor. The operating state of the engine is detected based on the engine speed obtained based on the signal. Then, in the next step S502, the lift amount of the intake valve 20 is determined based on the intake valve optimum lift amount value obtained in advance through experiments or the like and stored in the map in correspondence with the detected engine operating state. It is determined. Specifically, the amount of axial displacement of the control shaft 132 by the variable lift amount actuator is determined.

このようにして、決定されたリフト量でもって吸気バルブ20が駆動される種々の態様を図6乃至図8に示す。   Various modes in which the intake valve 20 is driven with the determined lift amount are shown in FIGS.

図6は、吸気バルブとして図3(A)に示す形態の吸気バルブ20を用いて順タンブルを得る態様を示し、図6(A)はエンジンの低負荷時を、図6(B)はエンジンの高負荷時を示している。エンジン10の低負荷時には吸気バルブ20のリフト量が小さいので、吸気バルブ20の傘部裏面のほぼ半周に亘り形成された隆起部20Rによって吸気ポート22の開口部22Xのほぼ半周が塞がれる結果、吸気は吸気ポート22の残りの開口部22Xと傘部裏面の隆起部のない部分との間を通過して、矢印Tで示すような、気流強化が行なわれた順タンブルを得ることができる。一方、図6(B)に示す高負荷時には吸気バルブ20のリフト量が大きく、隆起部20Rを含む傘部20Kの全体が吸気ポート22の開口部22Xを越えるので、吸気抵抗を伴わずに吸気がシリンダ内に吸入される。   FIG. 6 shows a mode in which a forward tumble is obtained using the intake valve 20 of the form shown in FIG. 3A as the intake valve, FIG. 6A shows a low load of the engine, and FIG. The high load is shown. As the lift amount of the intake valve 20 is small when the engine 10 is under a low load, the ridge 20R formed over almost half the circumference of the back of the umbrella portion of the intake valve 20 results in the almost half circumference of the opening 22X of the intake port 22 being blocked. The intake air passes between the remaining opening portion 22X of the intake port 22 and the portion without the raised portion on the back surface of the umbrella portion, so that a forward tumble with airflow enhancement as shown by an arrow T can be obtained. . On the other hand, when the load is high as shown in FIG. 6B, the lift amount of the intake valve 20 is large, and the entire umbrella portion 20K including the raised portion 20R exceeds the opening portion 22X of the intake port 22; Is sucked into the cylinder.

図7は、吸気バルブとして同じく図3(A)に示す形態の吸気バルブ20を用いてスワールを得る態様を示し、図7(A)はエンジンの低負荷時における側断面図、図7(B)は図7(A)のA矢視図、図7(C)は気筒上方から視た透視図である。このスワールを得る態様の場合には、吸気バルブ20のステム部20Sに形成された突起20Pが摺動自在に嵌合される前述の案内溝16Gの位置が、図6の場合に比べ90°回転されたシリンダヘッド16位置に形成される。この態様の場合には、同様に、エンジン10の低負荷時には吸気バルブ20のリフト量が小さいので、吸気バルブ20の傘部裏面のほぼ半周に亘り形成された隆起部20Rによって吸気ポート22の開口部22Xのほぼ半周が塞がれる結果、吸気は吸気ポート22の残りの開口部22Xと傘部裏面の隆起部のない部分との間を通過して、矢印Sで示すような、気流強化が行なわれたスワールを得ることができる。一方、高負荷時には、図示は省略するが、吸気バルブ20のリフト量が大きく、隆起部20Rを含む傘部20Kの全体が吸気ポート22の開口部22Xを越えるので、吸気抵抗を伴わずに吸気がシリンダ内に吸入される。   FIG. 7 shows a mode in which a swirl is obtained by using the intake valve 20 of the form shown in FIG. 3A as the intake valve. FIG. 7A is a side sectional view when the engine is under low load, and FIG. ) Is a perspective view as seen from an arrow A in FIG. 7A, and FIG. 7C is a perspective view seen from above the cylinder. In the case of obtaining this swirl, the position of the guide groove 16G in which the protrusion 20P formed on the stem portion 20S of the intake valve 20 is slidably fitted is rotated by 90 ° compared to the case of FIG. The cylinder head 16 is formed at the position. In the case of this aspect, similarly, since the lift amount of the intake valve 20 is small when the engine 10 is under a low load, the opening of the intake port 22 is formed by the raised portion 20R formed over almost the half circumference of the rear surface of the umbrella portion of the intake valve 20. As a result, the intake air passes between the remaining opening 22X of the intake port 22 and the portion without the raised portion on the back surface of the umbrella portion, and as a result, the air flow enhancement as indicated by the arrow S is performed. You can get the swirl done. On the other hand, when the load is high, although not shown, the lift amount of the intake valve 20 is large, and the entire umbrella portion 20K including the raised portion 20R exceeds the opening portion 22X of the intake port 22, so that intake air is not generated without intake resistance. Is sucked into the cylinder.

さらに、図8は吸気バルブとして同じく図3(A)に示す形態の吸気バルブ20を用いて逆タンブルを得る態様を示し、エンジンの低負荷時における吸気バルブ20の位置の側断面図である。この逆タンブルを得る態様の場合には、吸気バルブ20のステム部20Sに形成された突起20Pが摺動自在に嵌合される前述の案内溝16Gの位置が、図7の場合に比べさらに90°回転された位置のシリンダヘッド16に形成される。この態様の場合には、同様に、エンジン10の低負荷時には吸気バルブ20のリフト量が小さいので、吸気バルブ20の傘部裏面のほぼ半周に亘り形成された隆起部20Rによって吸気ポート22の開口部22Xのほぼ半周が塞がれる結果、吸気は吸気ポート22の残りの開口部22Xと傘部裏面の隆起部のない部分との間を通過して、矢印RTで示すような、気流強化が行なわれた逆タンブルを得ることができる。一方、高負荷時には、図示は省略するが、吸気バルブ20のリフト量が大きく、隆起部20Rを含む傘部20Kの全体が吸気ポート22の開口部22Xを越えるので、吸気抵抗を伴わずに吸気がシリンダ内に吸入される。   Further, FIG. 8 is a side sectional view of the position of the intake valve 20 when the engine is under a low load, showing a mode in which reverse tumble is obtained using the intake valve 20 of the form shown in FIG. 3A as the intake valve. In the case of obtaining this reverse tumble, the position of the above-mentioned guide groove 16G into which the projection 20P formed on the stem portion 20S of the intake valve 20 is slidably fitted is 90 in comparison with the case of FIG. Formed on the cylinder head 16 at a rotated position. In the case of this aspect, similarly, since the lift amount of the intake valve 20 is small when the engine 10 is under a low load, the opening of the intake port 22 is formed by the raised portion 20R formed over almost the half circumference of the rear surface of the umbrella portion of the intake valve 20. As a result, the intake air passes between the remaining opening 22X of the intake port 22 and the portion without the raised portion on the back surface of the umbrella portion, and as a result, the air flow enhancement as indicated by the arrow RT is performed. The performed reverse tumble can be obtained. On the other hand, when the load is high, although not shown, the lift amount of the intake valve 20 is large, and the entire umbrella portion 20K including the raised portion 20R exceeds the opening portion 22X of the intake port 22, so that intake air is not generated without intake resistance. Is sucked into the cylinder.

次に、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置のバルブ駆動制御処理の他の例を図9のフローチャートを参照して説明する。この処理も周期ごとに繰り返し実行される。そこで、このバルブ駆動制御処理の他の例が開始されると、前実施の形態と同じように、ステップS901において、エンジンの運転状態が検出される。そして、次のステップS902において、この検出されたエンジンの運転状態に対応させて、予め実験等により求められマップに保管されている吸気バルブ最適リフト量値に基づいて、吸気バルブ20のリフト量が決定される。そして、さらにステップS903に進み、上述の検出されたエンジンの運転状態に対応させて、予め実験等により求められマップに保管されている吸気バルブ最適回転位置値に基づいて、吸気バルブ20の回転位置が決定される。具体的には、回転位置決め機構のモータMによる吸気バルブ20の回転量が決定されるのである。   Next, another example of the valve drive control process of the intake air flow control device for the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is also repeatedly executed every cycle. Therefore, when another example of the valve drive control process is started, the operating state of the engine is detected in step S901 as in the previous embodiment. In the next step S902, the lift amount of the intake valve 20 is determined based on the intake valve optimum lift amount value obtained in advance through experiments or the like and stored in the map in correspondence with the detected engine operating state. It is determined. Then, the process further proceeds to step S903, and the rotational position of the intake valve 20 is determined based on the intake valve optimum rotational position value obtained in advance by experiments or the like and stored in the map in correspondence with the detected engine operating state. Is determined. Specifically, the rotation amount of the intake valve 20 by the motor M of the rotational positioning mechanism is determined.

この吸気バルブ最適回転位置としては、上述の図6乃至図8に示した態様位置の如くに、運転状態に応じて最適な回転位置に設定することが可能である。例えば、本実施の形態では、気筒内にタンブルとスワールとを運転状態に対応させて選択的に発生させるようにしている。具体的には、軽低負荷時においてはリフト量が小の状態で図7に示す態様位置に吸気バルブ20を回動位置させることで、気筒内に気流強化されたスワールを発生させ、成層燃焼を行わせている。そして、上記軽低負荷よりも大きい負荷の通常の低負荷時には同じくリフト量が小の状態で図6または図8に示す態様位置に吸気バルブ20を回動位置させることで、気筒内に気流強化された順タンブルまたは逆タンブルを発生させ、均質リーン燃焼を行わせている。   As the intake valve optimum rotation position, it is possible to set the optimum rotation position in accordance with the operating state as in the above-described mode positions shown in FIGS. For example, in the present embodiment, tumble and swirl are selectively generated in the cylinder corresponding to the operating state. Specifically, when the load is light and low, the intake valve 20 is rotated to the position shown in FIG. 7 in a state where the lift amount is small, thereby generating a swirl with enhanced airflow in the cylinder and stratified combustion. To do. When the load is larger than the light and light load, the intake valve 20 is rotated to the position shown in FIG. 6 or FIG. 8 while the lift amount is small, thereby enhancing the airflow in the cylinder. The generated forward tumble or reverse tumble is generated to perform homogeneous lean combustion.

このように、本実施の形態によれば、運転状態に対応させて、吸気バルブ20のリフト量および回転位置を制御することにより所望の強さで所望の態様の気流を発生させることができ、大きく燃焼改善に寄与させることができる。   Thus, according to the present embodiment, by controlling the lift amount and the rotational position of the intake valve 20 in accordance with the operating state, it is possible to generate a desired mode of airflow with a desired strength, It can greatly contribute to improvement of combustion.

本発明の実施形態におけるエンジンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the engine in embodiment of this invention. 図1におけるII-II断面図である。It is II-II sectional drawing in FIG. 本発明に係る吸気バルブを説明する図面であり、(A)は吸気バルブの第1実施形態、(B)は吸気バルブの第2実施形態をそれぞれ示す側面図、(C)は吸気バルブがエンジンに組み込まれている状態を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is drawing explaining the intake valve which concerns on this invention, (A) is 1st Embodiment of an intake valve, (B) is a side view which each shows 2nd Embodiment of an intake valve, (C) is an intake valve, an engine is an engine. It is sectional drawing which shows the state integrated in. 本発明の実施形態における可変リフト量動弁機構の一部の構成部品を示す平面図である。It is a top view which shows a one part component of the variable lift amount valve mechanism in embodiment of this invention. 本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置のバルブ駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the valve drive control processing of the intake air flow control apparatus of the internal combustion engine which concerns on this invention. 吸気バルブとして第1実施形態の吸気バルブを用いて順タンブルを得る態様を示し、(A)はエンジンの低負荷時を、(B)は高負荷時を示している。The aspect which obtains a forward tumble using the intake valve of 1st Embodiment as an intake valve is shown, (A) has shown at the time of low load of an engine, and (B) has shown at the time of high load. 吸気バルブとして同じく第1実施形態の吸気バルブを用いてスワールを得る態様を示し、(A)はエンジンの低負荷時における側断面図、(B)は(A)のA矢視図、(C)は気筒上方から視た透視図である。The aspect which obtains a swirl similarly using the intake valve of 1st Embodiment as an intake valve is shown, (A) is a sectional side view in the time of low load of an engine, (B) is an A arrow view of (A), (C ) Is a perspective view seen from above the cylinder. 吸気バルブとして同じく第1実施形態に示す形態の吸気バルブ20を用いて逆タンブルを得る態様を示し、エンジンの低負荷時における吸気バルブ位置の側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of the intake valve position when the engine is under a low load, showing a mode in which reverse tumble is obtained using the intake valve 20 of the form shown in the first embodiment as the intake valve. 本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置のバルブ駆動制御処理の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the valve drive control processing of the intake air flow control apparatus of the internal combustion engine which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 エンジン
10a 気筒(シリンダ)
20 吸気バルブ
20K 傘部
20S ステム部
20R 隆起部
20F スロープ面
20W ウォームホイール歯
22 吸気ポート
22X 開口部
30 フューエルインジェクタ
32 点火プラグ
100 電子制御ユニット
110 回転位置決め機構
Wt ウォーム歯
M モータ
120 可変リフト量動弁機構
122 入力部
124 第1揺動カム
126 第2揺動カム

10 Engine 10a Cylinder
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Intake valve 20K Umbrella part 20S Stem part 20R Raised part 20F Slope surface 20W Warm wheel tooth 22 Intake port 22X Open part 30 Fuel injector 32 Spark plug 100 Electronic control unit 110 Rotation positioning mechanism Wt Warm tooth M Motor 120 Variable lift amount valve Mechanism 122 Input section 124 First swing cam 126 Second swing cam

Claims (2)

傘部裏面のほぼ半周に亘り隆起部が形成された吸気バルブと、
該吸気バルブのバルブリフト量を変更可能な可変リフト量動弁機構と、
運転状態に応じて該可変リフト量動弁機構を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気流制御装置。
An intake valve in which a raised portion is formed over almost half of the back of the umbrella,
A variable lift valve operating mechanism capable of changing the valve lift amount of the intake valve;
An intake flow control device for an internal combustion engine, comprising: control means for controlling the variable lift valve operating mechanism in accordance with an operating state.
前記吸気バルブの回転位置決め機構をさらに備え、前記制御手段は、運転状態に応じて、前記可変リフト量動弁機構と共に前記回転位置決め機構を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気流制御装置。

2. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a rotation positioning mechanism of the intake valve, wherein the control unit controls the rotation positioning mechanism together with the variable lift amount valve mechanism according to an operating state. Intake flow control device.

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CN107975430A (en) * 2016-10-21 2018-05-01 福特环球技术公司 Engine system with rotatable air inlet port

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